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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA MECÂNICA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
RAFAEL COELHO DE ASSUMPÇÃO
PROJETO PRELIMINAR DE UMA MINI INJETORA/EXTRUSORA HÍBRIDA
DE BAIXO CUSTO PARA PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS COM
FINALIDADE ACADÊMICA
PATO BRANCO
2016
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
RAFAEL COELHO DE ASSUMPÇÃO
PROJETO PRELIMINAR DE UMA MINI INJETORA/EXTRUSORA
HÍBRIDA DE BAIXO CUSTO PARA PROCESSAMENTO DE
POLÍMEROS COM FINALIDADE ACADÊMICA
Trabalho de Conclusão de Curso de graduação, apresentado à disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso 2, do Curso de Engenharia Mecânica da Coordenação de Engenharia Mecânica – COEME – da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR, Campus Pato Branco, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro. Orientador: Prof. Dr. Bruno Bellini Medeiros
PATO BRANCO
2016
FOLHA DE APROVAÇÃO
Projeto preliminar de uma mini injetora/extrusora híbrida de baixo
custo para processamento de polímeros com finalidade acadêmica
Rafael Coelho de Assumpção
Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação apresentado no dia 02/12/2016 como requisito parcial para a obtenção do Título de Engenheiro Mecânico, do curso de Engenharia Mecânica do Departamento Acadêmico de Mecânica (DAMEC) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Câmpus Pato Branco (UTFPR-PB). O candidato foi arguido pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora julgou o trabalho APROVADO.
____________________________________ Prof. Dr. Robson Gonçalves Trentin
(UTFPR)
____________________________________ Prof. MsC. Roberto Nunes da Costa
(UTFPR)
____________________________________ Prof. Dr. Bruno Bellini Medeiros
(UTFPR) Orientador
__________________________________ Prof. Dr. Bruno Bellini Medeiros
Responsável pelo TCC do Curso de Eng. Mecânica
*A folha de aprovação assinada encontra-se na coordenação do curso de engenharia mecânica
DEDICATÓRIA
Dedico esse trabalho de conclusão de curso aos meus pais Ana
Maria Coelho de Assumpção e Renato de Assumpção pelo
empenho e dedicação na minha formação pessoal e
profissional, e principalmente por me dar forças para superar as
barreiras.
AGRADECIMENTOS
Agradeço aos meus pais Ana Maria Coelho de Assumpção e Renato de
Assumpção e à minha irmã Mariana Coelho de Assumpção por todo esforço,
dedicação e paciência que sempre tiveram comigo.
Agradeço a minha namorada Audrey Hofmann pelos conselhos e por me
ajudar a enxergar o lado positivo nas dificuldades.
Agradeço principalmente a todos os professores que fizeram parte da
minha formação universitária, todos contribuíram muito para o profissional que estou
me tornando.
Agradeço ao meu Professor Orientador Doutor Bruno Bellini Medeiros, por
todo conhecimento repassado, pela versatilidade em manter contato comigo mesmo
realizando o trabalho a distância, por toda dedicação e empenho em me auxiliar a
concluir o trabalho, me incentivando e me motivando em fazer o meu melhor, por ter
marcado uma reunião em Curitiba – PR, tendo se deslocado e se reunido comigo
para definições do trabalho.
Agradeço também à todos meus amigos que sempre foram muito além de
colegas de universidade e me ajudaram a compreender diversos assuntos
complexos para meu entendimento, e por sempre estarem me apoiando e me
ajudando a superar os desafios.
EPÍGRAFE
Conquest is a chance which probably depends more upon the
faults of the vanquished than upon the genius of the victor
(NECKER, Anne Louise Germaine, 1821)
A conquista é um acaso que talvez dependa mais das falhas
dos vencidos do que do gênio do vencedor. (NECKER, Anne
Louise Germaine, 1821)
RESUMO
ASSUMPÇÃO, Rafael. Projeto Preliminar De Uma Mini Injetora/Extrusora Híbrida De Baixo Custo Para Processamento De Polímeros Com Finalidade Acadêmica 2016. 100 f. Trabalho de Conclusão de Curso - Curso de Engenharia Mecânica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Pato Branco, 2016.
Esta pesquisa apresenta uma abordagem teórica conceitual formulada nos princípios do processamento de polímeros abordando os conceitos dos componentes dos equipamentos de injeção e extrusão. Aborda em detalhes os formatos específicos das roscas para os diferentes tipos de polímeros e de processos discutidos, a pesquisa tem como ponto chave o melhor aproveitamento do equipamento para a utilização com finalidade acadêmica, sendo dimensionado e projetado para atender os estudos em ambiente laboratorial controlado, a abordagem se complementa no projeto de moldes metálicos para a produção de corpos de prova especiais para polímeros segundo a norma ASTM. A abordagem sobre extrusão de polímeros contempla o seu módulo total desde seu funcionamento básico, até a aplicação de sua matriz, e seu módulo resfriador. A pesquisa foi concluída com o incremento de uma pesquisa de campo realizada no ambiente industrial da empresa de Injeção de plástico, localizada em Curitiba – PR, onde foi discutido quais seriam as melhorias visadas na fabricação de peças processadas a partir da injeção de polímeros, foram abordados itens como injeção multiponto, injeção em moldes com câmara quente, as devidas conclusões sobre essas abordagens estão sendo apresentadas na forma de estudos complementares para essa pesquisa. O resultado da pesquisa é apresentado na forma do equipamento hibrido de Injeção/Extrusão, conforme os devidos componentes necessários para atender satisfatoriamente tal equipamento, são apresentados ao final da pesquisa o equipamento montado e devidamente detalhado para sua produção.
Palavras-chave: Polímeros, moldes metálicos, matriz de extrusão, roscas para processamento de polímeros, materiais para roscas.
ABSTRACT
ASSUMPÇÃO, Rafael. Preliminary Design of a Low Cost Hybrid Mini Injector / Extruder for Polymer Processing with Academic Purpose 2016. 100 f. Trabalho de Conclusão de Curso - Curso de Engenharia Mecânica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Pato Branco, 2016.
This research presents a theoretical conceptual approach formulated in the principles of the polymer processing approaching the concepts of the components of the injection and extrusion equipment. It addresses in detail the specific thread sizes for the different types of polymers and of the processes discussed, the research has as key point the best use of the equipment for the use with academic purpose, being dimensioned and designed to attend the studies in controlled laboratory environment, The approach is complemented in the design of metal molds for the production of special test bodies for polymers according to ASTM. The approach on polymer extrusion contemplates its total modulus from its basic operation to the application of its matrix and its cooling modulus. The research was completed with the increment of a field research carried out in the industrial environment of the company of injection polymers, located in Curitiba - PR, where it was discussed what would be the improvements aimed at the manufacture of parts processed from the injection of polymers. Multi-point injection, hot-chamber injection molding, the appropriate conclusions about these approaches are being presented in the form of complementary studies for this research. The result of the research is presented in the form of the hybrid Injection / Extrusion equipment, according to the necessary components necessary to satisfactorily meet such equipment, are presented at the end of the research the equipment assembled and properly detailed for their production.
Keywords: Polymers, metal molds, extrusion die, threads for polymer processing, swelling of the extrudate, against mold pressure.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 1 - REPRESENTAÇÃO DOS PARÂMETROS DO IE. ................................ 24
FIGURA 2 - FLUXO INTERNO DA MASSA POLIMÉRICA. ...................................... 26
FIGURA 3 - COMPORTAMENTO DO LDPE ENTRE AS TEMPERATURAS DE
TRANSIÇÃO. ............................................................................................................ 31
FIGURA 4 – ESQUEMA BÁSICO DE UMA EXTRUSORA. ...................................... 33
FIGURA 5 – ZONAS DA ROSCA. ............................................................................. 35
FIGURA 6 – CARACTERÍSTICAS DO BARRIL E DA ROSCA. ................................ 35
FIGURA 7 - LINHA DE ACABAMENTO ACOPLADO À EXTRUSORA. .................... 38
FIGURA 8 – FLUXO DE ENERGIA APLICADO AO POLÍMERO, A LINHA
PONTILHADA É DEVIDO A UMA MAIOR PRESSÃO PERTO DO FUNIL (ZONA DE
ALIMENTAÇÃO CURTA) .......................................................................................... 39
FIGURA 9 – FASES DURANTE O PROCESSO DE INJEÇÃO. ............................... 41
FIGURA 10 - ROSCA TÍPICA PVC. .......................................................................... 46
FIGURA 11 - ROSCA TÍPICA LDPE COM MISTURADOR. ...................................... 46
FIGURA 12 - ROSCA TÍPICA PARA PS. .................................................................. 47
FIGURA 13 - ROSCA TÍPICA PARA EXTRUSÃO DE NÁILON. ............................... 47
FIGURA 14 - ROSCA TÍPICA PARA PP. .................................................................. 48
FIGURA 15 - ROSCA PARA PET RECICLADO. ...................................................... 49
FIGURA 16 - COMPONENTES DA MATRIZ. ........................................................... 50
FIGURA 17 - DEFEITOS APRESENTADOS POR IMPERFEIÇÕES NA MATRIZ DE
EXTRUSÃO. .............................................................................................................. 50
FIGURA 18 - ESQUEMA DO MOLDE SIMPLES DE DUAS PLACAS. ..................... 52
FIGURA 19 - PROCESSO DE EJEÇÃO DE PEÇAS COM MOLDE DE MÚLTIPLAS
PLACAS. ................................................................................................................... 53
FIGURA 20 - EXEMPLO DE UTILIZAÇÃO DE MOLDE COM MANDÍBULAS. ......... 54
FIGURA 21 - EXEMPLO DE MOLDE COM MACHO CENTRAL ROTATIVO. .......... 54
FIGURA 22 - CANAL DE INJEÇÃO. ......................................................................... 54
FIGURA 23 - MODELOS SUPLENTES DE CANAL COMPARADO AO CANAL
CIRCULAR. ............................................................................................................... 55
FIGURA 24 - TIPOS DE PONTOS DE INJEÇÃO. .................................................... 57
FIGURA 25 - ETAPAS DE DESENVOLVIMENTO DO PROJETO. ........................... 61
FIGURA 26 - CORPO DE PROVA PARA ENSAIO DE IMPACTO PARA
POLÍMEROS. ............................................................................................................ 65
FIGURA 27 – CORPO DE PROVA PARA ENSAIO DE TRAÇÃO PARA
POLÍMEROS. ............................................................................................................ 65
FIGURA 28 - ÁREA OBTIDA NO SOFTWARE SOLIDWORKS 2015, CORPO DE
PROVA TRAÇÃO ASTM D638-03. ........................................................................... 66
FIGURA 29 - ÁREA OBTIDA NO SOFTWARE SOLIDWORKS 2015, CORPO DE
PROVA IMPACTO ASTM D790-03. .......................................................................... 66
FIGURA 30 - ÂNGULOS DA PONTEIRA E BARRIL. ................................................ 68
FIGURA 31 - ROSCA DIMENSIONADA PARA O POLIPROPILENO (PP). .............. 68
FIGURA 32 - BARRIL DIMENSIONADO CONFORME DESCRITO PARA A ROSCA
MENCIONADA. ......................................................................................................... 69
FIGURA 33 - MODELO SIMPLIFICADO PARA CALCULO DA FORÇA DE
FECHAMENTO DO MOLDE. .................................................................................... 70
FIGURA 34 - RELÉ TEMPORIZADOR. .................................................................... 72
FIGURA 35 - DETALHAMENTO DA RESISTÊNCIA ELÉTRICA TIPO COLEIRA. ... 72
FIGURA 36 - RESISTENCIA ELÉTRICA TIPO COLEIRA DE MICA. ....................... 73
FIGURA 37 - CONTROLADOR DE TEMPERATURA. .............................................. 74
FIGURA 38 - MOTOR VENTOINHA DE ARREFECIMENTO BOSCH GPB
F006.KM0.60F. .......................................................................................................... 74
FIGURA 39 - MODELO DE ENGRENAGEM. ........................................................... 75
FIGURA 40 – ENGRENAGEM. ................................................................................. 76
FIGURA 41 - MECANISMO DE FECHAMENTO DO MOLDE. .................................. 77
FIGURA 42 - EQUIPAMENTO NO MÓDULO DE INJEÇÃO. .................................... 78
FIGURA 43 - MATRIZ DE EXTRUSÃO ACOPLADA À PLACA FIXA DO
EQUIPAMENTO. ....................................................................................................... 79
FIGURA 44 - TANQUE DE RESFRIAMENTO PARA EXTRUSÃO. .......................... 79
FIGURA 45 – EQUIPAMENTO NO MÓDULO DE EXTRUSÃO ................................ 80
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - DENSIDADE DE DIFERENTES MATERIAIS - 1995 ............................. 19
TABELA 2 - VOLUME ESPECÍFICO E DENSIDADE DE ALGUNS POLÍMEROS. ... 29
TABELA 3 - TEMPERATURAS DE TRANSIÇÃO. .................................................... 31
TABELA 4 - FAIXAS DE TEMPERATURAS DE PROCESSAMENTO DE ALGUNS
POLÍMEROS ............................................................................................................. 37
TABELA 5 - TEMPERATURAS DISTRIBUÍDAS CONFORME ZONAS DA ROSCA 41
TABELA 6 - PRESSÕES MÁXIMAS DOS POLÍMEROS. ......................................... 42
TABELA 7 - PROPRIEDADES DOS POLÍMEROS. .................................................. 42
TABELA 8 - RELAÇÕES PARA AS ROSCAS UTILIZADAS EM INJETORA. ........... 44
TABELA 9 - DIMENSÕES MÉDIAS MAIS SIGNIFICANTES PARA INJEÇÃO DE
PVC RÍGIDO, COM ERRO DE +- 10%. .................................................................... 45
TABELA 10 - DIMENSÕES DE ROSCAS PARA NÁILONS...................................... 45
TABELA 11 - RELAÇÕES PARA O PVC COMPOSTO. ........................................... 46
TABELA 12 - DIMENSIONAMENTO DA ROSCA PARA O PP. ................................ 48
TABELA 13 - ESPECIFICAÇÕES DE GRELHAS. .................................................... 50
TABELA 14 - TEMPOS DE RESFRIAMENTO PARA ALGUNS POLÍMEROS. ........ 58
TABELA 15 - PRESSÃO NA CAVIDADE. ................................................................. 59
LISTA DE QUADROS
QUADRO 1 - PROCESSOS REALIZADOS PARA PROTEGER A ROSCA CONTRA
DESGASTES. ........................................................................................................... 43
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 15
2 DESENVOLVIMENTO TEÓRICO ....................................................................... 17
2.1 INTRODUÇÃO AOS POLÍMEROS .............................................................. 17
2.2 PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS ........................................................ 18
2.2.1 INTRODUÇÃO AO PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS POR INJEÇÃO 21
2.2.2 INTRODUÇÃO AO PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS POR
EXTRUSÃO.......... ..................................................................................................... 23
2.3 EFEITOS VISCOELÁSTICOS DECORRENTES DA EXTRUSÃO DE
POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS ........................................................................... 24
2.3.1 Inchamento do Extrudado ............................................................................ 24
2.3.2 Efeito Viscoelástico ...................................................................................... 26
2.3.3 Efeito Pele De Cação ................................................................................... 27
2.4 FLUXO DE POLíMEROS NO PROCESSAMENTO ..................................... 27
2.4.1 Tempo de Residência .................................................................................. 28
2.4.2 Tempo de Relaxação ................................................................................... 29
2.5 COMPORTAMENTO TÉRMICO .................................................................. 30
2.6 DEGRADAÇÃO DO POLÍMERO ................................................................. 32
2.7 EQUIPAMENTOS PARA PROCESSAMENTO DE POLIMEROS
(EXTRUSORA E INJETORA) .................................................................................... 33
2.7.1 Extrusora ...................................................................................................... 33
2.7.2 Injetora ......................................................................................................... 39
2.7.3 Roscas ......................................................................................................... 42
2.7.3.1 Roscas para injetoras ............................................................................... 44
2.7.3.2 Roscas para extrusoras ............................................................................ 45
2.8 MATRIZES PARA EXTRUSÃO .................................................................... 49
2.9 MOLDES PARA INJEÇÃO ........................................................................... 51
2.9.1 Vantagens E Desvantagens Do Canal Quente ............................................ 52
2.9.2 OUTROS TIPOS DE MOLDES PARA INJEÇÃO ......................................... 53
2.10 SISTEMA DE CANAIS DO MOLDE ............................................................. 54
2.11 PONTO DE INJEÇÃO .................................................................................. 56
2.12 PRINCIPAIS MATERIAIS PARA CONsTRUÇÃO DE MOLDES .................. 57
3 MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................. 61
4 RESULTADOS E ANÁLISES .............................................................................. 63
4.1 DIMENSIONAMENTO DO EQUIPAMENTO ....................................................... 63
4.1.1 Determinação do polímero ............................................................................... 63
4.2 CÁLCULO DA FORÇA DE FECHAMENTO DO MOLDE .................................... 70
5 CONCLUSÕES .................................................................................................. 81
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 84
APÊNDICES .............................................................................................................. 87
15
1 INTRODUÇÃO
A pesquisa sobre processamento de polímeros será apresentado com
foco em dois processos: a injeção e a extrusão, cujos processos englobam segundo
a ABIPLAST (2012) cerca de 95% dos processos aplicados na indústria brasileira.
Será realizado um estudo para um projeto preliminar de um equipamento híbrido de
relativo baixo custo e pequeno porte com objetivo acadêmico para estudos sobre
polímeros. O estudo irá se concentrar nos diferentes tipos de roscas aplicadas no
equipamento e nos materiais que são aplicados ao processamento com essas
roscas, visando não afetar a estrutura do polímero processado. Consequentemente
a pesquisa abrangerá um estudo detalhado sobre moldes metálicos para injeção de
polímeros, juntamente com suas aplicações, o intuito do projeto é estudar as
possibilidades e possíveis aplicações deste equipamento híbrido no estudo do
processamento de polímeros, levando em consideração sua construção de baixo
custo, pois atualmente uma máquina injetora ou extrusora de polímeros tem custo
elevado, o que impossibilita a aquisição de unidade laboratorial para o estudo do
processamento de polímeros.
A pesquisa busca implementar possíveis estudos futuros com relação aos
polímeros, tanto relacionado com a alteração do equipamento, quanto ao estudo nas
qualidades dos polímeros processados, alterando alguns componentes como a
rosca e o barril, a matriz de extrusão, os moldes metálicos, e devidas melhorias nos
mecanismos do equipamento, dessa maneira a construção futura do equipamento
visa atender uma nova área de estudo possível dentro do ambiente da universidade.
Definindo alguns parâmetros de projeto, conforme descrito no objetivo do
projeto preliminar, iniciando pelo polímero, obtemos as relações L/D da rosca e
demais cálculos, dessa sequencia o processo de construção do equipamento hibrido
de Injeção/Extrusão, deve seguir o organograma de atividades, onde para a
validação de um projeto podemos utilizar a idealização de Norton (2004), onde
descreve algumas situações que englobam o projeto, onde desde a idealização, a
pesquisa realizada, a etapa de determinação de materiais e componentes e etapas
de desenvolvimento , como criação do protótipo, testes, e construção final validam
um projeto.
O equipamento será dimensionado conforme a pesquisa, e será
relacionado os materiais necessários para fazer a devida construção do
16
equipamento, as alternâncias dos processos será discutida e demostrada conforme
esquemas de montagem, para a satisfatória execução do produto injetado ou
extrudado será descriminado quais ligas metálicas melhor se aplicam nos
componentes, juntamente com o modelo dos controladores de fluxo e temperatura.
Um dispositivo de extração da peça injetada no molde será projetado, visando
facilitar a retirada da peça, levando em consideração a aplicação do ângulo de saída
necessário de no mínimo 1º no molde metálico.
17
2 DESENVOLVIMENTO TEÓRICO
2.1 INTRODUÇÃO AOS POLÍMEROS
Os estudos sobre polímeros iniciaram no século XX, quando a
contribuição desses materiais para o desenvolvimento industrial foram notáveis.
Segundo Mano e Mendes (2004) a denominação do termo polímeros surge a partir
de uma pesquisa realizada por Hermann Staudinger em meados de 1920, que
considerava a borracha natural e outros produtos de síntese com estrutura química
desconhecidas, como materiais de moléculas de cadeias longas, e não como
agregados de moléculas de cadeias curtas como anteriormente tinham sido
especuladas, em 1928 estudos provaram que os polímeros eram materiais de
elevado peso molecular, porém devido a uma dificuldade encontrada em isolar as
moléculas de grandes dimensões pela falta de métodos adequados, então a
literatura da época trata como High Polymer devido ao peso molecular.
Os polímeros são denominados dessa forma segundo Manrich (2005,
p.20) devido a palavra grega poli que significa “muito” e a palavra mero que significa
“unidade”, ou seja, “muitas unidades”.
Os plásticos são polímeros artificiais ou sintéticos que podem ser
moldados, para a fabricação de uma ampla linha de produtos, embalagens, objetos,
suportes (PERUZZO; CANTO, 2006).
O termo plástico foi aderido pela indústria, e significa adequado a
moldagem. Uma característica importante é que todos os plásticos utilizados hoje
são polímeros, embora nem todo polímero seja um plástico (VANIN, 1994).
Segundo Callister (2002) os polímeros artificiais, com formação natural
tem derivação de plantas ou animais, materiais como a borracha, a madeira, o
algodão, a lã, o couro e a seda, tem estrutura pronta e são utilizados sem
processamento molecular posterior, existem também os polímeros sintéticos, que
são transformados a partir de pequenas moléculas orgânicas, os materiais
englobados nessa divisão são alguns dos mais utilizados como plásticos, fibras,
borrachas, entre outros, com a ocorrência da segunda guerra mundial entre os anos
de 1939 e 1945 o desenvolvimento dos materiais foi intenso, pois a busca por
melhor rendimento de tropas e superioridade, fez com que a evolução no campo dos
18
materiais tivesse um salto, assim os polímeros sintéticos começaram a ganhar um
grande vislumbre aos olhos das industrias, pois agora era possível utilizar de
técnicas de melhoramento de polímeros naturais, e assim as borrachas e outros
tipos de plásticos foram ganhando diversas aplicações, resultado de um
aperfeiçoamento de propriedades dos materiais.
De acordo com Mano e Mendes (2004, p. 4)
Monômeros ("monomers") são micromoléculas; são compostos
químicos suscetíveis de reagir para formar polímeros. A composição
centesimal do polímero pode ser quase a mesma dos monômeros,
ou um pouco diferente, dependendo do tipo de reação que promoveu
a interligação dos meros para formar a cadeia polimérica. A reação
química que conduz à formação de polímeros é a polimerização
("polymerization").
Segundo Manrich (2005) o polímero pode ser classificado conforme os
tipos de meros presentes, quando um só tipo de mero se repete então é chamado
homopolímero, se dois meros diferentes aparecerem na cadeia, é chamado
copolímero. E se aparecerem três meros diferentes na mesma cadeia, é chamado
terpolímero.
Os atuais plásticos e borrachas que conhecemos, são produtos sintéticos,
a formação de polímeros sintetizados, ocorre devido a extração de monômeros da
matéria prima bruta, podendo ser do petróleo, plantas, animais, etc. Devido à grande
quantidade de carbono presente nessas matérias prima, o monômero retirado do
petróleo é o mais barato de ser obtido, justificando a sua vasta aplicação em
diversos tipos de polímeros.
2.2 PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS
Os polímeros possuem alguns tipos de classificação conforme o
processamento aplicado, podemos listar os termoplásticos, termorrígidos, plásticos
de engenharia e elastômeros, como determinadores iniciais do tipo de
processamento, baseado nessa classificação Paolli (2008) resume que os polímeros
termoplásticos são aqueles que podem ser moldados diversas vezes, e são divididos
entre dois grupos, os de baixa densidade, e os de alta densidade, alguns exemplos
de polímeros termoplásticos são a celulose, a poliamida, o polietileno, o policloreto
19
de vinila, o politetrafluoretileno, o propileno, o poliestireno, a poliacrilonitrila
(PERUZZO; CANTO, 2006). Por outro lado os polímeros termorrígidos, ou
termofixos, podem ser moldados como um pré-polimeros, necessitando um processo
de “cura” para finalizar o modelamento, e após essa cura, eles não podem ser
moldados novamente por aquecimento, os plásticos de engenharia podem ser
moldados a frio por processos de usinagem, por exemplo, mas a maioria é moldada
como termoplástico, os elastômeros ou borrachas, são materiais que suportam
grandes deformações sem se romperem, existem elastômeros que são moldados da
mesma forma que os termoplásticos, e são denominados de elastômeros
termoplásticos, já outros tipos de elastômeros necessitam passar por processos
químicos para serem passiveis de modelagem, esse processo é chamado de
reticulação, e é mais conhecido como vulcanização no caso dessa reação ser
provocada pelo uso de enxofre. Com referência a densidade os polímeros
apresentam um valor relativamente baixo com relação a outros materiais
normalmente de 1 a 2 g/cm3, Michaeli (1995, p. 66) apresenta algumas faixas de
densidade de alguns polímeros, e destaca que o polietileno (PE) e o polipropileno
(PP) tem densidade menor que a agua.
Tabela 1 - Densidade de diferentes materiais - 1995
Material Densidade [g/cm³]
Plásticos 0,9 – 2,3 PE 0,9 – 1,0 PP 0,9 – 1,0 PC 1,0 – 1,2 PA 1,0 – 1,2 PVC 1,2 – 1,4 PTFE > 1,8 Aço 7,8 Alumínio 2,7 Madeira 0,2 – 0,95 Agua 1,0
Fonte: Adaptado Tecnologia dos plásticos (MICHAELI 1995, p. 66) 1 - Densidade de alguns materiais diferentes - 1995
Essa classificação dos polímeros é necessária para outra separação de
classes, onde no processamento a técnica a ser utilizada depende do material ser
termoplástico ou termorrígido, da temperatura de fusão, da estabilidade química do
material a ser processado (degradação do polímero e a diminuição da massa molar),
e da geometria e tamanho do produto desejado.
20
Os termoplásticos amorfos são processados acima da temperatura de
transição vítrea e os semicristalinos acima da temperatura de fusão. Em ambos os
casos a aplicação de pressão deve ser mantida durante o resfriamento da peça para
que a mesma retenha sua forma. Assim definidos os polímeros, podemos classificar
alguns quanto o tipo de processamento, e agrupar os polímeros conforme a
tecnologia a ser utilizada, dessa forma os processos de moldagem dos polímeros
podem ser a quente, a frio, com ou sem pressão, conforme Mano (2004, p. 65 e 66):
Os processos de moldagem com aquecimento e sem pressão
incluem o vazamento ("casting"), que pode gerar produto acabado
(manufaturado) ou semi-acabado (semi-manufaturado), e a fiação
por fusão ("melt spinning"), que resulta em semi-acabado. Aqueles
com aquecimento e com pressão são os mais importantes do ponto
de vista industrial. Abrangem a compressão ("compression molding")
e a injeção ("injection molding"), que permitem a obtenção direta do
artefato, e ainda a calandragem ("calendering") e a extrusão
("extrusion"), que possibilitam a preparação de peças contínuas,
semi-manufaturadas; finalmente, o sopro ("blow molding") e a
termoformação ("thermoforming”) ...
Os processos que serão mais abordados, serão a injeção e a extrusão, os
demais processos citados acima serão detalhados de forma resumida, existem
outros processos que não necessitam de aquecimento, nem de pressão, juntamente
com outros processos mais complexos que não serão abordados.
O vazamento ("casting") tem como princípios o uso de um molde metálico
ou de vidro para a formação de formas sem a necessidade do uso da pressão no
molde, onde o polímero fundido é despejado nesse molde e solidificado nele, é
utilizado para obtenção de chapas de grande espessura em moldes de vidro, ou de
grandes dimensões utilizando correias ou esteiras de aço inoxidável para vazamento
continuo do polímero, podemos citar a moldagem rotativa, onde é despejado o
polímero fundido num molde rotativo que ao entrar em movimento obriga o polímero
a permanecer na parede do molde, pela força centrípeta.
A fiação por fusão (“melt spinning”) segundo Brito Junior; Fleming; Pardini
e Alves(2013) é o processo mais utilizado a fim de obter fibras, pois possui maior
simplicidade do uso juntamente com maior velocidade e baixo custo operacional,
porém, polímeros que se degradam a temperaturas próximas a fusão são
submetidos às técnicas de fiação da solução (fiação a seco e úmida), onde a úmida
21
exige um solução com solvente e posteriormente a aplicação em fieiras e a
passagem por rolos, já a fiação a seco ocorre conforme o polímero base passa por
um aquecimento e separação em fios por fieiras e a passagem por rolos a fim de dar
a forma final.
A ("compression molding") tem vasta aplicabilidade na indústria, esse
processo tem como princípio a utilização de um monde aquecido, onde é despejado
o polímero solido, posteriormente aplicado uma alta pressão e controlando a
temperatura o polímero se funde e ocupa todo o molde, tem aplicabilidade na
fabricação de painéis de automóveis.
A termoformação implica geralmente no uso polímeros na forma de
chapas que são conformadas por uma matriz e um blank a fim de formar outras
formas desejáveis.
A calandragem tem como objetivo obter filmes finos de polímeros, onde o
polímero é despejado sobre uma calandra, e conforme ocorre a movimentação dos
rolos, é criado um filme com a espessura passível de ser controlada.
O sopro ("blow molding") utiliza uma ferramenta de soro juntamente ao
processo, a fim de confeccionar produtos ocos, um exemplo é a garrafa de polímero
PET que ao ser inicialmente moldada na forma de pré produto é realizado um sopro
para que tome a forma de garrafa.
A injeção ("injection molding") tem como princípio a utilização de pressão
e temperatura no polímero para sua aplicação no molde, assim o polímero se funde
e pode ocorrer a injeção no molde.
A extrusão ("extrusion") tem como princípio a utilização de uma rosca no
processo de fusão do material, onde isso permite a fabricação continua de produtos,
a modelagem da forma final do produto é feita a partir de um bico que é acoplado à
extremidade de saída do polímero, esse bico permite a criação de peças continuas e
solidas, como também a criação de peças vazadas internamente, como tubos e etc.
2.2.1 INTRODUÇÃO AO PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS POR INJEÇÃO
Um dos processos mais versáteis e modernos no campo da
transformação e processamento dos polímeros é, sem dúvida, o da moldagem por
injeção. (MANRICH,2005 p.277).
22
O processamento de polímeros com base nesse processo tem grande
importância industrial, devido a que os avanços tecnológicos possibilitam uma
infinidade de aplicação desse processo, diversas técnicas de injeção podem ser
definidas, entre elas, a injeção convencional, injeção à gás, injeção com agua, micro
injeção e nano injeção, entre vários outros tipos de injeção.
O injetor de polímero é constituído basicamente de um alimentador de
matéria prima, um mecanismo de aquecimento do polímero que tem a função de
homogeneizar o polímero, um canhão e de um mecanismo de transporte de
polímero a fim de injetá-lo em um molde.
O canhão da injetora é composto de um canhão e uma rosca interna,
esse canhão pode ser de geometria continua, na forma tubular ou na geometria de
torre de cone, essa forma varia conforme o tipo de polímero e a proporção de
pressão a ser incorporada no processo, a rosca presente no canhão pode ser
composta de várias maneiras, desde rosca única com seções continuas, como de
rosca dupla com seções variáveis, dependente do tipo de polímero e das
características finais do produto. Este canhão é envolto por um mecanismo de
aquecimento, podendo ser mecanismos de indução, ou mecanismos de resistência
elétrica, esses mecanismos devem ser aplicados de forma controlada, pois o
processo de injeção necessita de uma temperatura gradual no interior do canhão.
O molde responsável pela forma final do produto polimérico deve resistir a
alta pressão de injeção e deve permitir a troca de calor a fim de resfriar o polímero,
esse molde pode conter canais de passagem de fluido que auxiliam nessa troca de
calor, o que é de grande importância para peças grandes ou de geometria complexa,
deve também possibilitar a retirada do produto de seu interior sem danificar o
mesmo.
O processo ocorre de forma continua no interior do canhão, pois o mesmo
é alimentado por um funil, a rosca interna (rosca sem-fim) tem a função de carregar
esse polímero até a região onde se inicia o processo de aquecimento do polímero,
juntamente com esse movimento rotacional para carregar o polímero, a rosca recua
para trás deixando um espaço entre o fim da rosca e a saída do polímero, no bico de
injeção, esse bico permanece fechado até que seja depositado uma quantidade de
polímero suficiente para a injeção, ao alcançar esse nível, a rosca se desloca
axialmente para a frente injetando o polímero fundido no molde, visto que a válvula
do bico injetor abre nesse momento, para que o polímero não retorne para dentro do
23
canhão, é necessário uma geometria de barramento na ponta da rosca, ou uma
válvula de impedimento. Devido à rosca atuar ora como parafuso sem-fim, ora como
pistão é que recebe o nome de rosca recíproca. (MANRICH, 2005 p.280). Após o
preenchimento total do molde, a rosca necessita continuar aplicando pressão no
mesmo, o tempo de pressurização depende do tempo que o polímero leva para
resfriar no molde, a fim de não vazar, então o ciclo recomeça. O molde tem um ciclo
que atua conforme o ciclo da injetora, ou seja, para o molde estar apto a ser
preenchido deve estar limpo de impurezas, estando completamente fechado, e
posicionado a frente do bico injetor, ao receber a injeção o molde deve permanecer
fechado, evitando vazamentos, e deve conter se necessário os canais de
resfriamento, que podem ser alimentados por uma bomba, após o molde ser
preenchido totalmente e pressurizado pela ação da rosca, deve aguardar o tempo de
empacotamento da peça, após esse período a peça não vaza pelo orifício de
injeção, e a rosca recua novamente, porém o molde permanece fechado até que a
peça seja resfriada até o ponto onde permita ser retirada sem imperfeições, então o
molde é aberto, e inicia novamente o ciclo do molde.
Manrich (2005, p.281) conduz como forma de alerta os seguintes
parâmetros para estudo do processo de injeção, primeiramente deve se atentar a
homogeneização do polímero, juntamente com a fusão e transporte pela rosca, e o
processo de preenchimento do molde, que envolve várias vertentes, desde o
material do molde, até o fluxo do polímero fundido pelos canais do mesmo.
2.2.2 INTRODUÇÃO AO PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS POR EXTRUSÃO
O processamento de polímeros pelo processo de extrusão atinge um
vasto número de aplicações dentro da indústria, esse processo é baseado numa
extrusora, a qual é constituída de elementos funcionais iguais da injetora, porem
com funcionalidades diferenciada, no caso da extrusora, o conceito é o mesmo da
injetora e Manrich (2005, p.107) descreve como dentre os componentes desses
equipamentos, o mais importante é a rosca, pelo fato de auxiliar em todas etapas
desde transportar o polímero, fundir, homogeneizar e plastificar o mesmo.
A extrusora tem os aspectos parecidos com a injetora, onde a extrusora é
constituída de um alimentador de polímero, um canhão com uma rosca interna
24
(rosca sem-fim) um mecanismo de aquecimento e um bico extrusor, o qual dá a
forma desejada ao produto final.
Devido ao movimento rotacional da rosca cerca de 80% da energia
térmica necessária no processo é gerada, devido ao cisalhamento sobre o material,
e o restante é obtido pelos aquecedores, os sistemas de rosca dupla geram menor
cisalhamento, [...] é necessário que a plastificação do polímero aconteça devido ao
trabalho mecânico, realizado pela rosca, a fim de diminuir o tempo de aquecimento,
e promover melhor vazão e durabilidade ao equipamento. A extrusora deve atender
à alguns tipos de polímeros em detalhe, pois devido ao comportamento desses
materiais quando são submetidos à temperatura, alguns liberam gases e líquidos,
então para evitar problemas no processo, é necessário que o canhão da extrusora
possua canais para a saída dos gases e líquidos, a rosca deve ser projetada a fim
de atender à mesma preocupação. (MANRICH, 2005 p. 107)
2.3 EFEITOS VISCOELÁSTICOS DECORRENTES DA EXTRUSÃO DE
POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
2.3.1 Inchamento do Extrudado
O inchamento do extrudado ocorre devido ao fato de o polímero ser
transformado dentro da matriz de forma a suas cadeias se orientarem na direção do
fluxo, porem devido ao atrito que ocorre entre as paredes da matriz (cilindro) e o
polímero, o mesmo assume um direcionamento não linear, o que afeta sua
dimensão ao sair do canal de extrusão, esse fenômeno ocorre pelo efeito do tempo
de relaxação, dependente diretamente da temperatura, da taxa de cisalhamento, do
atrito, do comprimento da matriz e seu diâmetro ou espessura, a figura 1 demostra
as relações utilizadas para a equação 1:
Figura 1 - Representação dos parâmetros do IE.
Fonte: Manrich, 2005, p. 68
25
Manrich (2005) salienta que devido a esta recuperação ocorrida pelo
polímero fora da matriz o diâmetro ou espessura do extrudado aumenta, sendo o
coeficiente determinado como coeficiente de recuperação β = (Ds/Di), Ds é o
diâmetro do extrudado e DI é o diâmetro interno da matriz, conforme equação 1,
onde n é o fator de potencias ligado ao tipo de polímero; yR é a deformação
recuperável; R é o raio interno do canal da matriz onde para fluidos viscoelásticos
sob altas taxa de deformação, ocorre a recuperação da deformação, a
descompressão do fluido e um rearranjo de velocidades, tornando complexo o
conjunto dos diversos efeitos sobre o valor final do inchamento do extrudado(IER),
chegando a apresentar valores altos de inchamento, chegando a mais de 200%.
Para fluidos pseudoplásticos, n<1, gerando um perfil de velocidades mais achatado,
não afetando consideravelmente o inchamento. O inchamento pode ser estabelecido
conforme equação 2 abaixo:
𝐷𝑆
𝐷𝑖= 𝛽 = √[(2𝑛 + 1)/(3𝑛 + 1)] − 1 + ∫ √(1 + 𝛾𝑅
2 ∙ 𝑅2) 𝑑𝑥 (1)
𝐼𝐸𝑅 =𝐷𝑆
𝐷𝑖= [
2
3∙ 𝛾𝑅 {(1 + 𝛾𝑅
−2)32 − 𝛾𝑅
−3}]
12
(2)
Onde:
n é o fator de potências de um polímero (adimensional);
yR é a deformação recuperável na direção do escoamento;
R é o raio interno do canal da matriz.
𝛽 é o coeficiente de recuperação.
Ds é o diâmetro do extrudado.
Di é o diâmetro da matriz de extrusão.
IER é o inchamento do extrudado.
A figura 2 mostra o efeito do atrito com as paredes citado acima,
consequentemente o demonstrativo vetorial que justifica o inchamento do extrudado:
26
Figura 2 - Fluxo interno da massa polimérica.
Fonte: Manrich 2005, p. 68.
Manrich (2005, pg.69) apresenta claramente a dependência do
inchamento do extrudado com a taxa de cisalhamento aplicada durante o
processamento do polímero extrudado, onde polímeros submetidos a baixas
temperaturas de fusão apresenta o inchamento do extrudado de forma considerável,
mesmo estando sob baixas taxas de cisalhamento, enquanto um polímero fundido a
alta temperatura e baixa taxa de cisalhamento apresenta o inchamento
insignificante, porem nessa mesma condição aplicado a taxa de cisalhamento alta,
também ocorre o inchamento considerável. Esses parâmetros estão aliados ao
tempo de relaxação dos diferentes polímeros, onde cada um apresenta sua
singularidade, podemos estimar alguns comportamentos do polímero extrudado,
porém, isso varia conforme a taxa de cisalhamento, o tempo de relaxação, e a
temperatura aplicada no processo, sendo que para uma taxa de cisalhamento baixa,
temos que o polímero tende a recuperar sua forma que foi deformada no processo
dentro da matriz, diminuindo o efeito do inchamento no produto final, porém quando
não existe um barril muito longo, essa variação se equilibra em uma dimensão de
15:1 no comprimento do barril para o diâmetro do mesmo, o polímero acaba
acumulando essa deformação, e ao passar pela matriz acaba recuperando sua
forma fora dela, sendo passível de problemas no produto final devido ao inchamento
do extrudado.
2.3.2 Efeito Viscoelástico
Segundo Pistor, Chiesa, Zattera (2010), no estudo da fluência, podem-se
considerar dois tipos de comportamento: a viscoelasticidade linear e não linear.
27
Estas afetam diretamente a resposta de deformação, bem como os fenômenos de
relaxação dos materiais. O efeito ocorre devido a região de convergência do fluxo,
sendo por regiões mais largas ou mais estreitas na matriz, essa convergência
implica num aumento da pressão aplicada, juntamente com a temperatura, isso gera
uma concentração de grande energia neste ponto, e devido a mudança da seção na
matriz ocorre uma espécie de depressões na massa polimérica, assim esse defeito
pode aparecer no produto final, porém, em alguns casos, essas depressões são
eliminadas devido a um longo canal paralelo da matriz ou devido ao uso de aditivos
deslizantes e lubrificantes nessas regiões, outro fator que pode ser alterado é a
temperatura da região, se as alternativas realizadas não surtirem efeito, para evitar
essa fratura na massa polimérica, deve-se planejar e conhecer o limite onde ocorre
a fratura, e trabalhar em condições de segurança.(Manrich 2005, pg. 74)
2.3.3 Efeito Pele De Cação
O defeito conhecido como pele de cação (ou tubarão) é caracterizado
pela falta de adesão da massa fundida com a parede da matriz, de fato o efeito de
escorrega/não-escorrega nas paredes acarreta num produto final não liso, e se
houvesse uma camada aderida, esse efeito não existiria, contudo o material do qual
é construída a matriz afeta diretamente nesse fenômeno, pois se por qualquer
motivo a parede esteja com uma rugosidade elevada, ou essa rugosidade não seja
constante na matriz, vai ocorrer o defeito, ou vai acarretar num produto final com
superfície rugosa, se as paredes da matriz tiverem uma superfície lisa, com
rugosidade baixa, a massa fundida irá fluir constantemente e o produto final terá
qualidade superior, porém deve-se atentar para a mudança do perfil de velocidades
na saída da matriz, alguns procedimentos podem ser realizados, se mesmo com os
devidos cuidados o produto final apresentar esse defeito, deve-se adicionar aditivos,
que tem como característica diminuir a pressão na massa polimérica em torno de
1/3.(Manrich 2005, p. 75)
2.4 FLUXO DE POLÍMEROS NO PROCESSAMENTO
Os polímeros quando são processados se apresentam de diversas
maneiras, podendo se apresentar como borrachosos (mais solido), ou mais
28
maleáveis (mais líquido), isso depende do tipo do polímero, e também da energia
envolvida no processo (cisalhante, térmica, deformação, etc.), segundo Manrich
(2005, p.78) esses polímeros tendem a fluir dentro dos equipamentos de
processamento de forma laminar, obedecendo ao número de Reynolds. Essa
fluência está diretamente ligada a viscosidade da massa polimérica processada,
onde um fluido newtoniano tem viscosidade constante, em temperaturas e pressões
constantes, já essa viscosidade está ligada a taxa de cisalhamento atuante, assim
para que o fluido percorra os canais da matriz sem que ocorram deformações, deve-
se existir uma equalização de pressão no canal, porém existe a diferença de
pressões dentro do canal, onde das paredes da matriz até o centro do canal existe
uma variação que define o perfil de velocidade da massa polimérica, tem um formato
parabólico, apresentando uma taxa de cisalhamento nas paredes da matriz máxima,
e taxa de cisalhamento nula no centro do canal, as ramificações moleculares no
polímero tem orientações diferentes devido a taxa de cisalhamento, apresentando
um perfil mais estirado nas paredes da matriz, e um perfil mais distribuído no centro,
segundo Manrich (2005, p. 81) o efeito do cisalhamento é predominante, levando a
viscosidade convergir a valores semelhantes quando aplicadas em diferentes
temperaturas e submetido a altas taxas de cisalhamento. Esse conceito é utilizado
em processos de injeção quando é necessária a aplicação de polímeros que não
resistem a altas temperaturas por muito tempo, devido a degradação, e necessitam
ter boa viscosidade para atingir canais complexos e de parede fina nos moldes, o
processo em questão é exemplificado por Manrich (2005, p.82) onde é citado que o
decaimento da pressão é baixo, considerando que no ponto de injeção a taxa de
cisalhamento atinge 105 s-1 e ao passar pelas paredes finas 104 s-1, resultando no
preenchimento por completo do molde.
2.4.1 Tempo de Residência
Segundo Manrich (2005, p.94) o tempo de residência do polímero dentro
do equipamento durante o processamento deve ser conhecido, para prevenir a
degradação, e possibilitar a otimização com aditivação necessária. Assim partindo
que 𝑡𝑅 é o tempo de residência; n é o fator de potencias (1 para fluidos ideais, ou
menor que 1 para pseudoplásticos); 𝑉0 é a velocidade máxima do polímero fundido
29
escoando; e L é o comprimento do canal. Podemos estimar segundo a equação 3
da forma:
𝑡𝑅 = (3𝑛+1
𝑛+1)
𝐿
𝑉0 (3)
Onde:
𝑡𝑅 é o tempo de residência;
n é o fator de potencias (1 para fluidos ideais, ou menor que 1 para
pseudoplásticos);
𝑉0 é a velocidade máxima;
L é o comprimento do canal.
2.4.2 Tempo de Relaxação
Podemos prever o comportamento viscoelástico a partir do tempo de
relaxação, podendo estimar o inchamento do extrudado, fratura do fundido,
empenamento de peças, entre outras, a recuperação do polímero pode levar meses
e até anos para se completar, acarretando no surgimento de trincas e empenamento
das peças. Podemos estimar esse tempo por ensaios dinâmico-mecânicos, em
função da temperatura, tempos de relaxação pequenos estão relacionados a
viscosidades (𝜂) mais baixas e tempos de relaxação (𝑡∗) mais altos ocorrem devido
a viscosidades, módulos de elasticidade (E) e ou de cisalhamento elevados.
Dependendo da estruturação do polímero podemos estimar o tempo de relaxação
com a equação 4: (MANRICH 2005, p.95)
𝑡∗ = 𝜂
𝐸 (4)
Onde: 𝑡∗ é o tempo de relaxação;
𝜂 é a viscosidade;
E é o modulo de elasticidade.
Tabela 2 - Volume específico e densidade de alguns polímeros.
Polímero
Volume Específico (cm³/g) Densidade (g/cm³)
Fase amorfa
Cristal Fase amorfa
Cristal
Polietileno (PE) 1,1601 0,9891 0,862 1,011
30
Polipropileno isostático (PPi) 1,163 1,068 0,86 0,936
Polietileno Tereftalato (PET) 0,738 0,687 1,355 1,455
Fonte Canevarolo (2002)
2.5 COMPORTAMENTO TÉRMICO
Segundo Canevarolo (2002, p.149) os polímeros podem apresentar ao
menos três temperaturas de transição importantes: transição vítrea (Tg), fusão
cristalina (Tm) e cristalização (Tc) e Michaeli (1995, p. 49) inclui a de degradação
(Tz):
Temperatura de transição vítrea
Segundo Sarantópoulos (2002, p.7) nos polímeros as mudanças de
estado são menos definidas, sendo que a Tg (temperature glass) é a mais
importante nos polímeros amorfos, caracterizada pela mudança no coeficiente de
expansão térmica e na capacidade calorífica. Ramificações e plastificantes de baixo
peso molecular abaixam a Tg. Canevarolo (2002, p. 149) complementa que a Tg é a
faixa de valores de temperaturas que permitem ao polímero uma mobilidade, onde
abaixo da Tg o polímero não apresenta energia suficiente para movimentar uma
cadeia em relação a outra, tornando-o quebradiço donde surge o termo glass (vidro).
Sarantópoulos (2002, p.7) salienta que polímeros à uma temperatura
acima da Tg simplesmente amolecem e que não podemos denominá-la temperatura
de fusão, devido a tal nomenclatura referir-se a polímeros cristalinos.
Temperatura de fusão cristalina (Tm ou Tf)
Tm é o valor médio da faixa de temperaturas onde o polímero ao sofrer
aquecimento a energia se torna superior as forças intermoleculares secundárias,
destruindo a estrutura regular de empacotamento, como referido anteriormente, faz
sentido se aplicada a polímeros semicristalinos, afetando variáveis como volume
especifico, entalpia, etc. (CANEVAROLO, 2002, p. 150)
Temperatura de cristalização (Tc)
Segundo Canevarolo (2002, p. 151) um polímero semicristalino ao ser
resfriado a partir da temperatura de fusão, as suas cadeias irão se organizando de
forma regular formando uma estrutura cristalina, podendo ser isotérmica, onde a
temperatura é diminuída até Tc e mantida constante até que toda a cristalização
31
ocorra, ou de forma dinâmica, onde o polímero é resfriado de forma continua, de
maneira que a cristalização ocorre numa faixa de temperatura, como essa faixa está
entre Tg e Tm é definido um Tc como valor unitário no intervalo.
Temperatura de degradação (Tz)
Segundo Michaeli (1995, p.49) a Tz representa o valor excessivo de
energia aplicado ao polímero, onde ao aplicar uma temperatura acima das faixas
citadas anteriormente, o polímero tende a degradar-se.
A tabela 3 a seguir demostra algumas temperaturas importantes para
alguns polímeros:
Tabela 3 - Temperaturas de transição.
Polímero Tg (ºC) Tm ou Tf (ºC)
Polietileno de alta densidade – PEAD -125 137 Polietileno de baixa densidade - PEBD -25 98 Polipropileno – PP (homopolímero) -18 176 Politereftalato de etileno – PET (homopolímero) 69 267 Poliestireno – PS (isostático) 100 240 Policloreto de vinila – PVC 87 212 Policloreto de vinilideno – PVDC -36 198 Poli (hexametileno adipamida) – Nylon 6.6 50 265 Poli (hexametileno sebacamida) – Nylon 6.10 40 277 Policarbonato – PC 150 220
Fonte adaptado de Robertson (1993)
Michaeli (1995, p. 51) demostra a faixa de temperaturas para o polietileno
de baixa densidade (LDPE ou PEBD), e por ser um termoplástico semicristalino ele
possui o seguinte comportamento conforme a figura 3:
Figura 3 - Comportamento do LDPE entre as temperaturas de transição.
Fonte: Michaeli (1995, p. 51).
32
2.6 DEGRADAÇÃO DO POLÍMERO
Segundo Canevarolo (2002, p. 55 e 122) a degradação é o conjunto de
reações que envolvem a quebra de ligações primárias da cadeia principal do
polímero, resultando na formação de outras cadeias reduzindo a massa molar e
mudando a estrutura química, esse fenômeno implica em mudanças físico-químicas
drásticas nos polímeros, causando vários tipos de degradação:
Despolimerização
Neste caso ao ser aquecido o polímero se transforma em monômero, ou
seja, ele acaba separando suas ligações e permitem a regeneração do monômero.
Ex. polimetil metacrilato (PMMA).
Térmica
Ocorre devido ao ataque de moléculas de baixa massa molar em
ligações com baixa energia de ligação na cadeia principal, assim alguns polímeros
se degradam com a aplicação de temperatura, devido ao fato de eles serem
atacados em suas cadeias por moléculas de hidrogênio, de forma aleatória. Se além
da aplicação de temperatura, houver cisalhamento, a degradação torna-se
termomecânica, intensificado a degradação. Um problema que ocorre na extrusão
do polipropileno (PP) é a oxidação das cadeias poliméricas devido ao ataque do
oxigênio do meio externo ao carbono terciário ou secundário, gerando grupos de
carbonila (cetonas e aldeídos). Esse efeito acaba obrigando o reprocessamento do
polipropileno por várias vezes, afim de obter um produto satisfatório. A extrusão do
polietileno (PE) tem reação muito parecida com a do PP, porém é afetada pela
presença ou não do oxigênio, quando presente ao atacar o carbono secundário gera
a cisão da cadeia, e na ausência, o cisalhamento gera a ruptura da cadeia, podendo
se recompor na cadeia original, ou gerar a cisão da cadeia, no caso do polietileno de
alta densidade (HDPE), esse fenômeno gera o aumento da viscosidade ao ser
reprocessado, e como o reprocessamento gera ramificações, o HDPE pode se
tornar polietileno de baixa densidade (LDPE) (CANEVAROLO, 2002, p.124).
Ataque a grupos laterais
Polímeros com energia de ligação mais baixa que de uma ligação
simples, possuem ramificações laterais fracas, isso devido a formação de gases, ou
ácidos pelo processamento de polímeros com essa característica, neste caso o
33
policloreto de polivinila (PVC), pode liberar o ácido clorídrico (HCl) e de forma
autocatalista ele acaba degradando rapidamente o restante do polímero, tem como
característica dar uma coloração avermelhada ao polímero, e mais escura conforme
for o grau de degradação, para controlar esse efeito, no âmbito industrial se
acrescenta estabilizadores térmicos, o que permite o seu processamento em
produtos comerciais (CANEVAROLO, 2002, p.127).
2.7 EQUIPAMENTOS PARA PROCESSAMENTO DE POLIMEROS (EXTRUSORA
E INJETORA)
2.7.1 Extrusora
Segundo Michaeli (1995, p. 88) podemos caracterizar uma extrusora
como componente padrão de instalações e processos baseados em extrusão, onde
tem a função de produzir uma massa fundida homogênea do polímero alimentado, e
conduzir a massa fundida com a pressão necessária durante o processo.
A figura 4 abaixo aborda de maneira simplificada os componentes da
extrusora.
Figura 4 – Esquema básico de uma extrusora.
Fonte: Michaeli 1995, p. 89
Dentre os componentes citados na figura 4, podemos exemplificá-los
como:
Cilindro ou barril: Tem como função suportar a pressão aplicada, e auxiliar
o transporte do polímero sem causar danos ao mesmo, deve suportar a temperatura
34
empregada no processor e suas dimensões dependem da rosca. A temperatura
deve ser bem controlada a fim de manter a viscosidade desejada, sendo que uma
elevação na temperatura pode gerar aumento da viscosidade (MANRICH 2005, p.
110). O barril pode ser fabricado por diversos tipos de aços, a extrusão de chapas
ou perfis exige uma pressão de 75 MPa, e para injetoras essa pressão fica na casa
dos 230 MPa, contudo para que não ocorra deflexão no barril em extrusoras, é
sugerido que o barril tenha diâmetro externo 2,0 vezes o diâmetro da rosca, e para
injetoras o barril deve ter 2,5 vezes (MANRICH, 2005). O material do barril deve
atender as propriedades exigidas, onde necessita de uma dureza de 55 a 72 HRC,
resistência a tração entre 360 e 600 MPa, para que esses parâmetros sejam obtidos,
é necessário o tratamento superficial do barril, normalmente realizado por nitretação,
e o material mais utilizado na fabricação de barris são as ligas Nitraloy 135M, Xaloy
800(mais resistente à abrasão) e Xaloy X-1001(Matriz martensítica) (MANRICH,
2005).
Funil: Tem como função alimentar igualmente a extrusora com o polímero
a ser processado, o funil pode conter equipamentos que auxiliam na movimentação
e no escorregamento de material, como sistema de agitação, vibração,
controladores de fluxo. Em equipamentos mais modernos, o funil foi substituído por
silos, assim além de alimentar a extrusora, esse componente faz a secagem do
material.
Sistemas de aquecimento: segundo Michaeli (1995, p. 91) esse sistema
tem como função aquecer e resfriar o cilindro conforme necessidade do processo,
sendo dividido em várias zonas, é utilizada normalmente resistências em tiras,
porem podem ser aplicados outros sistemas, como serpentinas de líquidos.
Rosca: tem como função puxar, transportar, fundir, homogeneizar e dosar
o polímero, como dito anteriormente, é o principal componente da extrusora. Uma
característica da rosca é que seu diâmetro externo é sempre constante, porem a
cavidade da rosca é variável conforme polímero e produtividade desejada. Segundo
Michaeli (1995, p.89), a rosca de três zonas é a mais utilizada, devido a sua vasta
aplicação em diferentes polímeros com retorno econômico e térmico no
processamento. Segundo Manrich (2005, p.108) o comprimento e o diâmetro da
rosca dependem do polímero utilizado, e normalmente as roscas simples possuem
ângulo de hélice de 17º e passo próximo ou igual o diâmetro, e Michaeli (1995, p.89)
afirma que a relação comprimento por diâmetro (L/D), determina a potência da
35
extrusora, onde ao se variar D altera a vazão total do processo, e Manrich (2005, p.
130) relaciona que quanto maior for L/D maior é o tempo de residência, maior é o
cisalhamento, existe uma maior mistura, e consequente maior gasto energético.
Outro fator que a rosca deve atender é o avanço constante sem pulsação, produção
de uma massa fundida homogeneizada, elevação da pressão da massa polimérica
ao longo do comprimento da rosca, e o processamento do material abaixo das faixas
de degradação. A figura 5 demonstra as zonas conforme acontece o processo da
passagem do polímero na rosca.
Figura 5 – Zonas da rosca.
Fonte: Michaeli (2005, p. 89)
Para essas zonas da rosca, podemos definir que a zona de entrada ou de
alimentação, é a região onde está próxima do funil, já a região de compressão atua
na forma de aumentar a taxa de cisalhamento e encontra-se na zona intermediaria
da rosca, roscas com zona de compressão longas, afetam o tempo de residência,
fluxo desigual nessa zona, um baixo cisalhamento, por consequência um baixo
poder de mistura (MANRICH 2005, p. 130), porém quando a zona de compressão é
curta, as consequências são inversas e pode originar superaquecimento localizado.
E com zona de calibragem ou de controle de vazão que se encontra no fim da rosca,
próximo as grelhas e ao mandril extrusor, funcionando como um homogeneizador e
controlador do processo. A figura 6 mostra os parâmetros e características presentes
no canhão e na rosca.
36
Figura 6 – Características do barril e da rosca.
Fonte: Manrich (2005, p.108)
A folga entre a rosca e o canhão deve atender a alguns princípios, onde
Manrich (2005, p. 112) destaca que essa folga deve atender a uma grandeza =
0,15 mm, para evitar o contato entre as partes, evitando desgaste e desperdício de
energia, devido a pressão aplicada ao polímero, não existe fuga do mesmo por essa
folga, porem se a folga for superior a 0,2 mm, deve ocorrer essa fuga.
Manrich (2005, p.110) declara que o passo da rosca Ls e a profundidade
do canal h, afetam a taxa de cisalhamento, modificando o calor gerado e a vazão
volumétrica, considerando a rotação N constante, a mudança na rotação N afeta os
mesmos parâmetros.
Existem diferentes tipos de extrusoras, as quais são atendidas por
diferentes tipos de roscas, além da rosca única simples já citada, temos outros tipos,
segundo Michaeli (1995, p. 90):
Extrusora de parafuso único com extração rígida, caracterizada com o
cilindro é ranhurado internamente, para aumentar o atrito e a consequentemente a
taxa de cisalhamento, assim a formação de pressão ocorre na região de alimentação
da rosca, porém a homogeneização perde propriedades, sendo necessário o uso de
dispositivos a fim de melhorar a qualidade em relação a extrusora convencional.
Extrusora de duplo parafuso é alimentada com polímeros na forma de pó,
atuam com sentido oposto uma em relação a outra, é utilizada em processos que
demandam a aditivos, devido a facilidade na mistura, sem demandar maiores
esforços mecânicos, ou maior energia, outra característica é a aplicação no
processamento de polímeros que são sensíveis a temperatura, e não podem sofrer
por tempos de passagem longos, assim não alcançam o limite de degradação.
37
Extrusora de duplo parafuso com giro no mesmo sentido é utilizada na
formação de poliolefinas.
A extrusora pode ser composta por uma rosca com duplo filete, onde a
característica é de melhorar a mistura, esses filetes não tem ligação entre si, o que
impede o material ir de um para outro canal, uma vantagem é que os canais não são
muito largos. (MANRICH 2005, p. 136)
Outros tipos de roscas aplicadas a extrusoras podem ser citadas as
roscas de filete duplo na zona de alimentação, a rosca de passo variável, rosca de
passo variável para borrachas, roscas cônicas, rosca com zona de descompressão.
(MANRICH 2005, p. 144)
Um fator interessante que Michaeli (1995, p.92) aborda, é em relação aos
materiais e o tipo de processamento, extrusão e injeção, onde enquanto a injeção é
desejável baixa viscosidade e alta fluidez, na extrusão é exigida uma alta
viscosidade, isso garante que o material não escorra no processo.
Tabela 4 - Faixas de temperaturas de processamento de alguns polímeros
Plástico Faixa de Temperatura de Processamento
Exemplos de Aplicação (Extrudados)
PE 130 – 200 ºC Tubos, tablet, filmes, revestimentos
PP 180 – 260 ºC Tubos, filmes planos, tablet, fitas
PVC 180 – 210 °C Tubos, perfis, tablet PMMA 160 – 190 ºC Tubos, perfis, tablet PC 300 – 340 ºC Tablet, perfis, corpos ocos
Fonte Michaeli (1995, p. 92)
Manrich (2005, p. 110) afirma que a matriz e a grelha alteram a pressão
ao longo da rosca, onde é desejável uma boa distribuição de pressão, a boa mistura
e a plastificação dependem dessa pressão controlada, pois o cisalhamento atuante
acaba deformando a massa polimérica, assim a grelha elimina esses efeitos, e
quando o polímero é processado sem a presença da grelha, pode ocorrer distorção
ou empenamento.
As temperaturas do canhão, da rosca, e do conjunto à frente da rosca
também podem ser otimizadas, para gerar máxima qualidade ao extrudado.
(MANRICH, 2005, p.110)
O processo de extrusão pode ter um sistema de acabamento na linha
produtiva, podendo variar de polímero para polímero, esses sistemas podem conter
calibradores, puxadores, sistemas de resfriamento e sistemas de corte. (MANRICH
38
2005, p.111). E a figura 7 demonstra como é a esquematização da linha de
acabamento acoplada à extrusora:
Figura 7 - Linha de acabamento acoplado à extrusora.
Fonte: Manrich (2005, p. 111)
O processo de extrusão tem uma configuração para o fluxo de energia
aplicado ao polímero conforme a variação da rosca, e consequente pressão no
processo, a equação 5 nos ajuda a encontrar a potência necessária na extrusão,
onde P0 = Potencia necessária; = densidade; Q = vazão volumétrica; Cp =
capacidade calorífica; Tentrada = temperatura de entrada do polímero no processo;
Tsaida = temperatura de saída do polímero; Hf = entalpia do polímero; p = Variação
de pressão; e a massa especifica �̇�. Então temos:
𝑃0 = 𝜌 ∙ 𝑄 ∙ Cp ∙ (−Tentrada + Tsaída) + 𝜌 ∙ 𝐻f + ∆𝑃 ∙ 𝑄 (5)
Onde: P0 = Potencia necessária [ KJ/h ];
= densidade [ g/cm³];
Q = vazão volumétrica [ Kg/h ];
Cp = capacidade calorífica [ J/KgºC ];
Tentrada = temperatura de entrada [ºC];
Tsaida = temperatura de saída [ºC];
Hf = entalpia [J/Kg];
p = Variação de pressão [Mpa].
�̇� = massa especifica.
Com a massa especifica �̇�, a vazão Q pode ser determinada pela
equação 6:
𝑄 = 𝜌 ∙𝑄
𝜌=
�̇�
𝜌 (6)
39
O numero de rotações por minuto para atender ao mínimo necessário
pode ser definido conforme as características de cisalhamento do processo de
extrusão, onde Manrich cita a faixa cisalhamento �̇� entre 10² - 10³ [s-1], igualando
esse cisalhamento com o diâmetro da rosca (D) multiplicado por 𝜋 e a rotação (N)
em rpm, dividido pela altura da crista da rosca (h2) vezes 1 segundo, então pela
equação 7, com o rearranjo necessário, determinamos a rotação:
�̇� = 𝜋 ∙𝐷 ∙ 𝑁
ℎ2 ∙1 (7)
Assim podemos demonstrar esse fluxo segundo Manrich (2005) pela
figura 8:
Figura 8 – Fluxo de energia aplicado ao polímero, a linha pontilhada é devido a uma maior pressão perto do funil (zona de alimentação curta)
Fonte: Manrich 2005, p. 132
2.7.2 Injetora
A injetora tem características parecidas com a extrusão, porem com
diferenças pontuais que interferem no equipamento, primeiramente deve-se destacar
que a pressão dentro do barril ou canhão é muito superior a pressão atuante na
extrusão, outra característica é que a rosca tem uma zona maior de alimentação
devido ao fato do deslocamento necessário, atuando como pistão, outro componente
diferenciado da extrusão é a necessidade da utilização de um molde, que é
responsável por dar forma ao produto final.
40
O molde convencional de uma injetora pode ser dividido geralmente em
dois tipos distintos, o molde duas placas, que atua de forma a uma placa fica
estática e outra faz o movimento de aproximação fechamento do molde,
consequente ejeção da peça, e molde de três placas, onde além das placas citadas
acima, ele possui uma placa intermediária, que atua no auxílio da ejeção das peças
e separação dos canais de injeção. O molde pode conter canais de injeção, canais
de alimentação e distribuição, além disso, o molde pode conter canais de
refrigeração e pinos extratores, entre outros componentes. (MANRICH 2005, p. 278)
Moldes de canais quentes tem essa denominação devido ao
comportamento do polímero que está sendo processado, assim como o polímero
não resfria nos canais de injeção e distribuição, ele permanece fundido, resultando
assim num produto final de melhor qualidade, para obtenção dessa propriedade o
polímero pode ser injetado diretamente no canal do molde, ou injeção com câmara
quente, onde o polímero segue controlado até as cavidades finais sem alteração em
sua temperatura e nas propriedades reológicas. (MANRICH 2005, p. 279). Esses
moldes reduzem o custo com mão de obra devido a diminuição dos defeitos
indesejáveis causados pelo resfriamento precoce dentro dos canais, melhor controle
de processo, melhor economia de matéria prima, dispensa a necessidade de reciclar
peças mal formadas, reduz a energia gasta num contexto geral, e melhora a
eficiência da injetora. (MANRICH 2005, p. 279)
Muitos parâmetros a serem considerados no processo de injeção, e além
dos citados anteriormente, deve-se fazer um estudo de tentativa e erro, a fim de
encontrar os melhores parâmetros a serem aplicados visando uma maior
produtividade e consequente melhor qualidade.
Roscas com degasagem podem ser utilizadas como intuito de retirar
gases ou o ar presente no início da fase de fusão do polímero, são encontradas na
região central, essas roscas são compostas de três zonas antes da degasagem e
três zonas após, devido à complexidade da utilização dessa rosca, as injetoras
tendem a controlar os efeitos dos gases de outras maneiras anteriores ao processo.
Para regulagem de faixa de temperaturas por zonas de injeção, segue o
estudo de acerto e erro, buscando melhores qualidades, porém Manrich (2005)
através da tTabela 5 apresenta alguns exemplos de faixas de temperatura para
alguns polímeros.
41
Tabela 5 - Temperaturas distribuídas conforme zonas da rosca
Polímero Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4 (Bico)
ABS Ac. Celulose PVC
210 – 240 190 – 220 170 – 200
210 – 240 210 – 300 170 – 200
200 – 230 200 – 220 160 – 160
190 – 220 190 – 210 150 – 150
Náilon 6 Náilon 6.6 Náilon 6,10
230 – 250 260 – 280 230 – 250
230 – 250 260 – 280 230 – 250
220 – 240 250 – 270 220 – 240
210 – 240 240 – 260 210 – 230
Náilon 6/30 FV PC LDPE
290 290 – 310 170-200
290 300 – 320 180 – 210
300 290 – 310 170 – 200
310 280 – 300 150 – 180
HDPE PET PMMA
210 – 240 270 – 290 200 – 220
220 – 250 279 – 295 190 – 210
210 – 240 270 – 290 180 – 200
190 – 220 270 – 290 170 – 196
POM PP OS
190 – 210 240 – 270 190 – 220
180 – 200 240 – 270 180 – 210
180 – 200 230 – 260 180 – 210
170 – 190 120 – 250 170 – 200
Fonte Manrich 2005, p. 293
Para o preenchimento do molde, é necessário que o polímero possua
uma fluidez suficiente para escoar pelos canais do molde, e a pressão empregada
geralmente fica em torno de 300 bar (30 Mpa) a 1200 bar (120 Mpa) (MANRICH
2005, p.299). O polímero pode sofrer uma expansão de até 25% quando está acima
da temperatura ambiente, sendo necessário um estudo aprofundado para o
atendimento de dimensões precisas. Na fase de preenchimento do molde
propriamente dita, é injetado a massa necessária para preencher completamente o
molde, porém sem aplicar pressão, ou seja, se a peça for retirada sem aplicar uma
pressão, a peça teria um dimensionamento inferior ao esperado. Na fase de
pressurização normalmente aplica-se uma pressão, onde atinge o valor máximo do
ciclo, assim é possível enviar os 25% de massa polimérica que necessita-se, porem
devido a algumas características especiais de alguns polímeros, esse valor não é
concretizado, enviando somente 10% de massa a mais, o recomendado é que não
se aplique o máximo da massa polimérica possível, porque o grau de encolhimento
da peça auxilia no desmolde do produto. Finalizando temos a fase de recalque ou
fase de compensação, onde é enviado o restante necessário de massa polimérica
(0% – 15%) e mantendo a pressão aplicada ao molde (MANRICH, 2005). A figura 9
demostra claramente as fases na injetora.
42
Figura 9 – Fases durante o processo de injeção.
Fonte: Manrich 2005, p. 301
Manrich (2005, p. 302) cita as pressões de injeção máximas para o
processamento de alguns polímeros, conforme tabela 6:
Tabela 6 - Pressões máximas dos polímeros.
Polímero Densidade (g/cm³) Pinj máxima (Bar)
ABS 1,01 800/1200 Acetato de celulose 1,26 800/1200 PVC 1,43 1000/1200 Náilon 6 1,12 800/1200 Náilon 6,6 1,13 800/1200 Náilon 6,10 1,03 800/1200 Náilon 6,6/30%FV 1,56 800/1200 PC 1,2 1000/1200 LDPE 0,91 800/1200 HDPE 0,94 500/1000 PET 1,34 600/900 PMMA 1.17 800/1600 PP 0,9 800/1200 PS 1,04 800/1200
Fonte: Manrich 2005, p. 302
2.7.3 Roscas
Para escolher a rosca adequada no processo, Manrich (2005, p. 155) cita
algumas propriedades fundamentais para escolha da rosca de alguns polímeros
termoplásticos na tabela 7:
Tabela 7 - Propriedades dos polímeros.
Polímero K J/ms°C
Cp KJ/Kg°C
P g/cm³
Tg ºC
Tm ºC
ƞ ***
PS 0.12 1,2 1,06 101 - 0,3 0,08 PVC 0,21 1,1 1,4 80 - 0,3 0,2 PMMA 0,2 1,45 1.18 105 - 0.25 0,2 SAN 0,12 1,4 1,08 115 - 0,3 0,2 ABS 0,23 1,4 1,02 115 - 0,25 0,2
43
PC 0,19 1,4 1,2 150 - 0,7 0,05 LDPE 0,24 2,3 0,92 -120 a -90 120 0,35 0,03 LLDPE 0,24 2,3 0,92 “ 125 0,6 0,02 HDPE 0,25 2,25 0,95 “ 130 0,5 0,02 PP 0,15 2,1 0,91 -10 175 0,35 0,02 PA 6 0,25 2,15 1,13 50 225 0,7 0,02 PA 66 0,24 2,15 1,14 55 265 0,75 0,03 PET 0,29 1,55 1,35 70 275 0,6 0,03 PBT 0,21 1,25 1,35 45 250 0,6 0,03
∗∗∗ 𝐷𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 ƞ 𝑒 𝑇 ∶ 1
ƞ(
𝜕ƞ
𝜕𝑇) [℃]
Fonte: Manrich 2005, p. 155.
As roscas sofrem grande desgaste, sendo maior no filete do que no
núcleo, atacando principalmente a superfície da rosca, resultado da fricção entre o
polímero e o movimento da rosca, para que a rosca tenha um comportamento
satisfatório em relação ao tempo de uso, ela apresenta uma dureza de 55 a 70
Rockwell C, necessitando de tratamentos superficiais para alcança-lo. Outro fator
importante é a resistência ao torque, onde o material da rosca não pode possuir
modulo de elasticidade alto, podem ser utilizados materiais como o aço 8550,
aplicando um tratamento superficial, formando gradiente de alguns milímetros a
partir da superfície, esse tratamento pode ser a nitretação, carbonetação, niquelação
e a cromeação. (MANRICH 2005, p. 157)
Outros aços podem ser aplicados conforme o polímero, como é o caso
AISI 4140, AISI 4340, com dureza HRC de 56, e o aço AISI 316 para PVC devido a
corrosão.
As roscas segundo Manrich (2005, p. 158) são avaliadas a fim de notar a
necessidade de recondicionamento do tratamento superficial, juntamente com a
presença ou não de fadiga mecânica, o fator da folga entre barril e rosca deve ser
preservada, devido as consequências mencionadas anteriormente, para que a rosca
seja instalada novamente nos equipamentos, deve se verificar a rugosidade
superficial e realizar ações se necessário. O quadro 1 exemplifica as características
de alguns tratamentos das roscas:
Quadro 1 – Tratamentos realizados para proteger a rosca contra desgastes.
Material Resistência à abrasão
Resistência à corrosão
Aplicação
Base de Co Stellite 6 Stellite 12 Stellite 1
Boa excel. Boa-excel. Boa excel
Boa Boa Boa
Enchimento para proteção a altas abrasões. Utilizado sobre quase todos os materiais.
Base de Ni Excelente resistência à
44
56 5 6
Boa excel. Boa Excelente
Boa-excel. Boa excel. Boa-excel.
abrasão Aplicado em base de aço carbono Pode originar algumas trincas
Recobrimento bimetálico UCAR WT-1
Excelente Excelente
Fraca Boa
Excelente resistência à abrasão. Aplicado em todos os materiais para roscas.
Recobrimento cerâmico Óxido Cr Óxido Al
Excelente Excelente
Fraca Fraca
Materiais de maior resistência à abrasão utilizada. Pode ser aplicado em todos os materiais para roscas
Cromação Cr duro
Boa excel.
Boa
Utilizado muito para resistência à corrosão. Se aplicado com espessura adequada, oferece resistência à abrasão
Niquelação Eletrodeposição de Ni
Fraca Muito fraca
Excelente Pode ser aplicado onde o cromo não protege contra corrosão
Fonte: Manrich 2005, p. 159.
2.7.3.1 Roscas para injetoras
Manrich (2005, p. 144) demonstra pela tabela 8 as relações gerais para
uma rosca de injetora de termoplásticos:
Tabela 8 - Relações para as roscas utilizadas em injetora.
Diâmetro (mm)
Canal na alimentação
hi (mm)
Canal no final hf (mm)
RC hi/hf
Folga: Rosca e canhão (mm)
Complemento
30 4,3 2,1 2,0:1 0,15 Passo: Ls = D a 0,7D L/Ls ~ 20 E ~0,1 D
40 5,4 2,6 2,1:1 0,15 60 7,5 3,4 2,2:1 0,15 80 9,1 3,8 2,4:1 0,20 100 10,7 4,3 2,5:1 0,20 120 12 4,8 2,5:1 0,20 >120 Max. 14 Max. 5,6 Máx. 3:1 0,25
Fonte: Manrich 2005, p. 144
A rosca para injeção de PVC rígido apresenta limitações devido ao
processamento restrito do PVC, porem tem formato parecido com a rosca
convencional, porem para o PVC necessita de um tratamento contra corrosão,
devido a degradação do PVC ao ser processado. A tabela 9 mostra as
características para a rosca.
45
Tabela 9 - Dimensões médias mais significantes para injeção de PVC rígido, com erro de +- 10%.
Rosca D (mm)
Canal na 1ª Zona hi (mm)
Canal na 3 Zona hf (mm)
RC hi/hf
Folga: (mm)
Complemento
30 4,5 2,5 1,8:1 0,15 Passo Ls = D a 0,8 D L/Ls ~18 a 20 E ~ 0,1 D
40 5,5 3 1,8:1 0,15 60 7,3 4 1,8:1 0,20 80 9 5 1,8:1 0,20 100 10,5 5,5 1,9:1 0,20
Fonte Manrich 2005, p. 147.
Náilons também possuem características impares que necessitam
atenção no momento de processamento, a baixa viscosidade do fundido se destaca,
e abaixo de 245ºC apresenta alta dureza, normalmente usa-se roscas quadradas
(diâmetro é igual ao passo da rosca), e a tabela 10 apresenta alguns exemplos:
Tabela 10 - Dimensões de roscas para náilons.
Passos da rosca
Rosca Baixa Viscosidade Alta Viscosidade
L/D; nj;n2; n3 D (mm)
1ª Zona h2 (mm)
3ª Zona hr (mm)
1ª Zona ht (mm)
3ª Zona Hr (mm)
20;10;4;6 38 50 65
7,6 7,9 8
1,5 1,7 1,9
7,6 8 9,6
2 2,2 2,4
16;7,5;3,5;5 38 50 65
7,6 7,9 8
1,4 1,5 1,8
7,6 8 9,6
1,9 2,2 2,4
Fonte: Manrich 2005, p.148.
2.7.3.2 Roscas para extrusoras
Roscas para PVC
As roscas para PVC como dito anteriormente sofrem um procedimento de
tratamento contra a oxidação, pois quando aquecido a temperaturas acima de 210ºC
ele degrada, por esse motivo nunca se trabalha a temperatura de fusão do cristalino
(230ºC), assim o PVC tem alta viscosidade no seu processamento, em razão dessas
características a rosca para extrusão do PVC deve ter de 18 a 25 diâmetros.
MANRICH, 2005). A figura 10 apresenta a forma de um exemplo de rosca para o
PVC.
46
Figura 10 - Rosca típica PVC.
Fonte: Manrich 2005, p. 149.
O PVC geralmente tem contem aditivos, gerando uma pré-solvatação,
devendo ser plastificado com somente uma passagem no processo. A profundidade
do canal deve ser decrescente para aumentar gradualmente a taxa de cisalhamento
e consequente temperatura, a tabela 11 demonstra relações do L/D e a razão de
compressão (RC):
Tabela 11 - Relações para o PVC composto.
D (mm) 35 60 90 115
L/D 15:1 15:1 20:1 22:1 RC 2,4:1 2,2:1 2,0:1 1,8:1
Fonte Manrich 2005, p. 149.
Industrialmente para a produção de tubos, é utilizada a extrusora de rosca
dupla, tendo L/D de 15:1.
Rosca para polietileno (PE)
Diferentemente do PVC, as propriedades facilitam o processamento,
principalmente o LDPE, devido a baixa absorção de agua, porém apresenta
degradação se entrar em contato com ar quente ou ar quente comprimido. O
polietileno de alta densidade (HDPE) apresenta dificuldade para variar a temperatura
no processo, sendo um material altamente pseudoplástico, a temperatura de fusão
do LDPE é 110ºC, do HDPE é 140ºC, assim eles tem como recomendação o
processamento em faixas LDPE de 160ºC a 250ºC, e o HDPE entre 190ºC a 310ºC,
devido a boa viscosidade e conformação apresentados nessas faixas de
temperatura. (MANRICH 2005, p. 150)
A rosca deve ter passo constante, profundidade do canal decrescente até
a zona de controle da vazão, a relação L/D da rosca para o PE está entre 16:1 e
30:1, dependente do peso molecular médio, e a razão de compressão fica entre
3,0:1 e 4,5:1.
A figura 11 apresenta um modelo de rosca para LDPE, segundo as
dimensões citadas:
47
Figura 11 - Rosca típica LDPE com misturador.
Fonte: Manrich 2005, p. 151.
Rosca para poliestireno cristal (PS amorfo)
Esse polímero se caracteriza por ter aparência transparente, amolece
facilmente com a taxa de cisalhamento aplicada, possui baixo encolhimento. A rosca
pode possuir L/D entre 12:1 e 24:1, com razão de compressão de 4,5:1 e 3,0:1.
Devido essas características pode ser processado por roscas de filete simples. A
figura 12 mostra um exemplo de rosca com as dimensões mostradas.
Figura 12 - Rosca típica para PS.
Fonte: Manrich 2005, p. 152.
Rosca para Poliamida (Náilon)
O náilon segundo Manrich (2005, p. 152) necessita de uma rosca com
razão de compressão de 3,0:1 a 4,5:1, relação L/D de 12:1 a 25:1, sendo mais
aplicada 18:1, uma característica interessante é o uso de uma zona de compressão
curta, a temperatura de fusão é em torno de 240ºC (faixa estreita), tem
comportamento quanto a degradação parecido com o polietileno, devido a
característica de fácil absorção de agua, o mesmo não pode ser processado úmido,
e necessita ser processado seco e após o processamento deve ser re-umedecido
para readquirir propriedades mecânicas. (MANRICH 2005, p. 152). A figura 13
mostra a rosca típica para o processamento do náilon, exibindo claramente a
pequena zona de compressão.
48
Figura 13 - Rosca típica para extrusão de náilon.
Fonte: Manrich 2005, p. 153.
Rosca para Polipropileno (PP)
A rosca tem formato peculiar em relação a outras roscas devido ao melhor
aproveitamento da produtividade, apresentando três zonas características, porem
possui propriedades semelhantes ao HDPE. O PP tem temperatura de fusão em
torno de 165ºC, e a tabela 12 apresenta alguns parâmetros de rosca propostos para
o PP.
Tabela 12 - Dimensionamento da rosca para o PP.
Rosca para PP
Zona alimentação
1ª zona de compressão
2ª zona de compressão
Zona de dosagem
Produção estimada
Kg/h
Velocidade
da rosca (rpm)
Comprimento 3D 8D 1D 12D D h(mm) h(mm) h(mm) h(mm) 45 8,4 8,4 a 6,3 6,3 a 2,2 2,2 27 120 60 10 10 a 7,6 7,6 a 2,3 2,3 54 120 90 12,7 12,7 a 7,6 7,6 a 3 3 130 100 120 14 14 a 10 10 a 3,3 3,3 280 100
Fonte Manrich 2005, p. 153.
A figura 14 mostra um exemplo de rosca para o PP, divido as dimensões
mostradas.
Figura 14 - Rosca típica para PP.
Fonte: Manrich 2005, p. 154.
49
Rosca para polietileno tereftalato (PET) reciclado
O PET funde a 275ºC em média, liberando materiais voláteis durante a
extrusão, sendo necessário a rosca conter um detalhe para atender a degasagem.
Possui viscosidade baixa, necessitando uma rosca com barreira e um cisalhador
intensivo, tendo formato próximo a figura 15: (MANRICH, 2005)
Figura 15 - Rosca para PET reciclado.
Fonte: Manrich 2005, p. 155.
2.8 MATRIZES PARA EXTRUSÃO
Segundo Manrich (2005, p. 177) as matrizes são utilizadas geralmente na
extremidade da extrusora, construída em blocos ou chapas metálicas, com a função
de gerar a forma final ao produto, dando qualidade e alta produtividade, como é um
processo continuo, as formas podem ter variações geométricas, tanto longitudinal
quanto axialmente, podendo se apresentar na forma de tubos, chapas, filmes,
filamentos, perfis, até recobrimento de fios, tecidos, etc.
Os componentes funcionais da matriz podem ser separados como:
(MANRICH 2005, p. 177 e 178)
Distribuidor: tem como função separar e equalizar pressões nos canais,
em quaisquer direções, e torna-se desnecessário o seu uso em perfis simétricos e
menores que o diâmetro da rosca.
Canais de convergência: se localiza após o distribuidor ou diretamente
após a rosca (quando o distribuidor não é utilizado) e tem função de guiar o fluxo da
massa polimérica para o paralelo da matriz e os lábios.
Paralelo e Lábios: o paralelo controla a vazão, controla o inchamento do
polímero, pode se utilizar trocadores de calor nessa região a fim de estabilizar a
50
temperatura. Os lábios podem ser lubrificados e possuem extremidades
arredondadas a fim de evitar defeitos como a pele de cação ou casca de laranja.
Filtros e Grelhas: a grelha é instalada antes da zona de distribuição logo
após a rosca, podendo ser instalada mais de uma grelha, com malhas e funções
distintas de filtragem de impurezas (areia, aglomerados de aditivos, entre outros),
podendo ser instalada até 8 grelhas. São normalmente construídas em aço ou ligas
de cobre, e devem resistir às pressões do fluxo, a tabela 13 define algumas
especificações para a grelha (Manrich, 2005)
Tabela 13 - Especificações de grelhas.
Malha 500 300 200 100 60 40 30
Dfio x 0,001 in 1,0 1,4 2,1 4,0 6,5 1,0 1,2 % área aberta 25 34 36 36 37 38 37 Filtragem (mm) 0,025 0,050 0,075 0,150 0,250 0,400 0,500
Fonte Manrich 2005, p. 179.
A Disposição desses componentes é ilustrada na figura 16 por Manrich
(2005, p. 178):
Figura 16 - Componentes da Matriz.
Fonte: Manrich 2005, p. 178.
As matrizes devem estabelecer uma boa fluidez para a massa fundida,
não contendo degraus, relacionando com a pressão aplicada, dessa forma a matriz
deve permitir a diminuição gradual da pressão, a fim do produto final ter boa
qualidade deve inibir o aparecimento de falhas devido a flutuação da vazão,
preferência da massa fluir sem obstrução, diferenças de temperatura dentro da
matriz, inchamento do extrudado, a figura 17 demostra segundo Manrich (2005, p.
180) alguns dos defeitos resultantes:
51
Figura 17 - Defeitos apresentados por imperfeições na matriz de extrusão.
Fonte: Manrich 2005, p. 180.
Os principais tipo de matrizes para extrusão são descritos abaixo
juntamente com exemplos de produtos resultantes da aplicação do mesmo:
Planas (flat dies): fabricação de chapas, filmes planos,
etc.
Anelares (anular dies): fabricação de tubos e filmes
tubulares.
Para Perfis (profile dies): perfis assimétricos (gaxetas,
rodapés, molduras, etc.).
Para recobrimento: Produção de fios, cabos e perfis de
aço. (MANRICH 2005, p. 183)
2.9 MOLDES PARA INJEÇÃO
Os moldes são componentes essenciais para o processo de injeção, onde
é constituído de placas e dispositivos que auxiliam na forma geométrica e na
extração da peça injetada. Pode ser dividida em moldes convencionais ou com
canais frios, que podem ser de duas placas ou três placas, anteriormente já foi
citado, porem agora será abordado de forma mais detalhada, e pode ainda ser do
tipo com canais isolados convencionais ou com aquecimento, ou de canais quentes,
52
sendo de distribuidor frio ou distribuidor quente, e a forma que ocorre o trabalho no
molde devido ao ciclo será melhor exemplificada.
O modelo mais simples de molde, o de duas placas, tem a parte fixa
composta da placa de suporte para o fechamento e a placa de cavidades (fêmea),
placa que define a forma externa da peça, e a parte móvel é composta pela placa
onde está contido as buchas (macho) pela placa de reforço da bucha, pelos calços e
pela chapa suporte da extração. A figura 18 demonstra esquematicamente essa
distribuição. (MANRICH 2005, p. 360)
Figura 18 - Esquema do molde simples de duas placas.
Fonte: Manrich 2005, p.361.
2.9.1 Vantagens E Desvantagens Do Canal Quente
Moldes com canais quentes foram projetados para economia no
processo, pois outros canais podem gerar imperfeições e alguns defeitos que geram
desperdício (degradação e contaminação), porém o real motivo do uso desses
moldes é a qualidade superior e ciclo mais rápido, com poucas tensões internas,
além do que, peças injetadas com esse tipo de molde apresentam algumas
vantagens como a redução do custo (mão de obra), redução de matéria prima, e da
energia consumida, devido a não ser necessário o retrabalho de peças e galhos
formados nos canais frios, com menor tempo de controle da injetora. Outra
vantagem é a melhora do ciclo, diminuindo o tempo de resfriamento, tempo de
preenchimento, evitando defeitos decorrentes dos galhos. Porém o canal quente
apresenta algumas desvantagens, onde existe um estudo mais aprofundado sobre a
53
construção e manutenção do molde, além de ter um maior custo de fabricação do
molde, se por algum motivo o molde entupir, o mesmo interrompe o processamento,
e a manutenção nesses casos é demorado.
2.9.2 OUTROS TIPOS DE MOLDES PARA INJEÇÃO
Moldes de placas múltiplas
É caracterizado por ter um canal de distribuição localizado no centro do
molde, na característica de um manifold, onde se injeta nas cavidades do molde por
diversos bicos quentes, as peças são ejetadas com sincronia e o manifold
permanece com os canais alimentados com polímero fundido. Esse sistema permite
uma maior produção de peças em um menor tempo, podendo ser até duas vezes
em número de peças se comparado ao modelo comum. A figura 19 mostra o
esquema da utilização desse molde: (MANRICH, 2005)
Figura 19 - Processo de ejeção de peças com molde de múltiplas placas.
Fonte: Manrich 2005, p. 369.
Molde com mandíbulas
Esse modelo de molde permite que peças com detalhes em várias
direções sejam moldadas e extraídas com facilidade. As mandíbulas podem ser fixas
ou moveis com angulação pertinente, essa ação é possibilitada devido a integração
das partes envolvidas pela mandíbula, e assim ao ocorrer a abertura do molde, a
mandíbula abre, e libera a peça para ser extraída (MANRICH, 2005). A figura 20
esquematiza o processo.
54
Figura 20 - Exemplo de utilização de molde com mandíbulas.
Fonte: Manrich 2005, p. 369.
Molde com macho central rotativo
Foi idealizado para resolver a extração de peças que contem roscas
internas ou externas, pois por algumas vezes a peça ficava presa no macho, para
realizar a extração a saída do macho é feita com rotação, obedecendo ao passo da
peça moldada, esse sistema pode ser do tipo cremalheira ou de engrenagens
planetárias (MANRICH 2005, p. 370). A figura 21 ilustra o processo.
Figura 21 - Exemplo de molde com macho central rotativo.
Fonte: Manrich 2005, p. 370.
2.10 SISTEMA DE CANAIS DO MOLDE
Segundo Cruz (2002, p. 86) o canal de injeção é de grande importância
para gerar peças sem defeitos, o desenho do canal deve permitir fluxo rápido e
homogêneo, sem perda de temperatura e pressão. A figura 22 mostra um dos
exemplos mais empregados para o canal de injeção:
55
Figura 22 - Canal de injeção.
Fonte: Cruz 2002, p. 88.
A bucha utilizada no sistema de injeção deve ter em formato cônico e
circular, já os canais tem como característica o uso do formato circular, pois exprime
maior eficiência, porem esses canais são de usinagem mais demorada, então
algumas alternativas são aplicadas conforme desejado (MANRICH 2005, p. 370). A
figura 23 cita alguns modelos e os compara com o canal circular:
Figura 23 - Modelos suplentes de canal comparado ao canal circular.
Fonte: Manrich 2005, p. 371.
Segundo Manrich (2005, p. 371) o polímero ao passar pelo canal de
injeção pode estar ligado diretamente na cavidade, ou nos ramos alimentadores e de
distribuição. O polímero entra na cavidade exatamente pelo ponto de injeção nas
injetoras mais simples, o que causa grande ramificações para serem retrabalhadas.
56
2.11 PONTO DE INJEÇÃO
Manrich (2005, p. 372) destaca que quanto mais fino for a entrada do
material para a cavidade, menor será a marca na peça acabada, devido ao efeito
cisalhante realizado na injeção, e a viscosidade, que diminui pelo aumento de
temperatura pelo atrito, e o comportamento pseudoplástico.
Cruz (2002, p. 86) afirma que o ponto de injeção deve estar localizado
próximo ao centro da peça, com o intuito de distribuir a massa polimérica igualmente
nas cavidades.
A dimensão do ponto de injeção está ligada diretamente ao polímero
injetado e ao tamanho da peça, materiais que tem tendência a degradação podem
ter pontos de injeção amplos. O número de pontos de injeção e sua localização deve
permitir o jato direto da massa fundida na cavidade.
Manrich (2005, p. 372 e 373) cita e exemplifica alguns tipos de ponto de
injeção, sendo:
Ponto de injeção lateral;
Ponto de injeção submarino;
Ponto de injeção tipo pino ou agulha;
Ponto de injeção leque;
Ponto de injeção diafragma;
Ponto de injeção na forma de disco;
Ponto de injeção em forma de anel;
A figura 24 exemplifica esses tipos de pontos de injeção:
57
Figura 24 - Tipos de pontos de injeção.
Fonte: Manrich 2005, p. 373.
2.12 PRINCIPAIS MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO DE MOLDES
Manrich (2005, p. 395) cita os principais materiais metálicos e não
metálicos empregados na construção de moldes:
Aços: diferentes tipos podem ser empregados para confeccionar
placas fixas ou móveis, pinos extratores, a escolha depende da
usinabilidade, custo benefício, durabilidade, reparabilidade,
resistência ao desgaste e resistência mecânica.
Aço inoxidável: Aço é aplicado em locais onde a condutividade
térmica não é crítica, como canais quentes, anéis de pressão,
regiões de alto desgaste, entre outros.
Ligas de Cobre (Cu) e Berílio (Be): Aço aplicado em locais onde
exige alta condutividade térmica, como canais de aquecimento,
resfriamento, peças com difícil resfriamento.
58
Ligas de Zinco (Zn): Aço para moldes de baixa produção.
Ligas de Alumínio (Al): Aço para teste de moldes, ou moldes de
sopro.
Ligas epóxi: para realizar teste de moldes, ou para baixa produção.
AISI H13 (Cr/Mb/Vd): Aço utilizado para trabalho a quente, tem
como característica a conservação de propriedades mecânicas.
P20 (Cr/Ni/Mb): Aço utilizado para usinagem de cavidades,
soldabilidade e facilidade de polimento.
SAE1045: Aço carbono utilizado em paredes porta molde, é um
dos mais utilizados devido as propriedades mecânicas.
Manrich (2005, p. 409) cita uma faixa típica de espessuras para alguns
tipos de polímeros, sendo relevante para nosso estudo somente a menção de
alguns:
ABS – de 1,0 – 3,5 [mm];
Náilon – de 0,3 – 3,0 [mm];
Polímero de cristal líquido – de 0,8 – 3,0 [mm];
Polipropileno – de 0,6 – 4,0 [mm];
Polietileno – de 0,8 – 5,0 [mm].
Com relação as espessuras, Manrich (2005, p. 410) demostra os tempos
de resfriamento em segundos, conforme tabela 14:
Tabela 14 - Tempos de resfriamento para alguns polímeros.
Tipo Espessura em (mm)
Material 3.0 3.25 3.50
ᴪ Tempo de resfriamento em (s)
PS, SB SAN ABS
B N E
13.0 15.0 17.0 19.0 22.3 25.0 26.0 30.0 34.0
PE, PP PPO CA
B N E
14.3 16.5 19.6 21.0 25.0 27.5 28.5 33.0 37.0
PMMA POM
PVC,PA
B N E
15.5 18.0 20.5 23.0 27.0 30.0 31.0 36.0 40.0
Fonte: Adaptado de Manrich 2005, p. 410
A espessura também pode demostrar a pressão na cavidade do molde
que será exigida para os polímeros, Manrich (2005, p. 411) se baseia em testes
realizados na indústria e apresenta os seguintes valores, onde corresponde a
razão entre o comprimento do fluxo e a espessura, e para o PP, PE e PS essa razão
59
deve ser multiplicada por 1, e outros tipos de polímeros tem outros multiplicadores,
representada na tabela 15, estão as pressões relacionadas as espessuras:
Tabela 15 - Pressão na cavidade.
Espessuras
3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
Pressão na cavidade (Kg/cm2)
50:1 180 180 180 180 180
75:1 180 180 180 180 180
100:1 180 180 180 180 180
150:1 180 180 180 180 180
200:1 220 180 180 180 180
250:1 250 225 200 180 180
Fonte: Adaptada de Manrich 2005, p.411.
60
61
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Com o estudo preliminar para a construção do equipamento alguns
pontos sobre materiais específicos ficou em aberto, pois se fossemos aplicar algum
material poderia implicar nos demais dimensionamentos e alterar uma possível
construção futuramente, dessa maneira pelo estudo realizado, podemos caracterizar
o equipamento como projeto preliminar pois as etapas de produção de um protótipo,
teste do equipamento, e produção final não foram realizadas, assim segundo o
organograma da figura 25, podemos classificar os passo que serão descritos na
sequência do trabalho.
Figura 25 - Etapas de desenvolvimento do projeto.
Fonte: Autoria própria.
PROJETO Desenvolvimento
Barril
Roscas
Moldes
Matrizes
Montagem
Plataforma estrutural
Sistema de fixação de moldes e matrizes
Sistemas elétricos
Unidade motriz
Validação
62
As etapas são:
Desenvolvimento
Consiste nas etapas de dimensionamento e fabricação dos componentes
da injetora/extrusora conforme o polímero escolhido, assim os componentes serão
confeccionados dentro da universidade, aonde a rosca será usinada no laboratório
de Usinagem H008 e tratada termicamente no laboratório de soldagem e tratamento
térmico H006, o barril, as matrizes e os moldes serão confeccionados nos mesmos
laboratórios utilizando os equipamentos dispostos nestes ambientes.
Montagem
Essa etapa contempla todo sistema de fixação estrutural e disposição dos
componentes do equipamento, onde além dos componentes obtidos até então,
devem ser dimensionados a unidade motriz, que consistem no motor com potência e
torque necessários e mantas de controle térmico no barril (mantas elétricas,
resistências elétricas, etc.) e sistemas de controle, que devem ter função de
controlar a potência do motor, controlar a temperatura nas diferentes regiões do
barril, e realizar ligações com a rede elétrica.
Validação
A etapa final do projeto é a validação, onde deve ser analisado quais
parâmetros podem ser considerados a fim de validar o projeto, Norton (2004) cita
alguns passo para a validação do projeto, cita a ‘Identificação da necessidade’;
‘Pesquisa de suporte’; ‘Definição dos objetivos’; ‘Especificação das tarefas’;
‘Síntese’; ‘Análise’; ‘Seleção’; ‘Projeto detalhado’; ‘Protótipo e teste e produção’,
dessa forma abordaremos vários desses quesito, porém o protótipo, teste e a
produção não são abordados, caso fossemos construir poderíamos utilizar a
validação por meio de ensaios mecânicos e estudo visuais, para determinar se a
qualidade do processo no equipamento está aceitável ou não, para que os ensaios
mecânicos sejam validos, devemos obedecer as normas desse tipo de ensaio e
confeccionar os corpos de prova conforme o estudo, e para o estudo visual,
podemos notar as imperfeições geradas pelo mal processamento a olho nu, e
detectar imperfeições menores com o uso de rugosímetro.
Essa etapa determina quais parâmetros podem entrar em conflito com a
literatura devido ao equipamento ter dimensões menores que os equipamentos
dimensionados para a indústria e possíveis erros ocorridos durante o processo.
63
4 RESULTADOS E ANÁLISES
4.1 DIMENSIONAMENTO DO EQUIPAMENTO
4.1.1 DETERMINAÇÃO DO POLÍMERO
O polímero baseado para a construção do equipamento é o Polipropileno
(PP), devido as suas características satisfatórias para implementação do estudo do
processamento termoplástico dos polímeros, o PP é o segundo polímero mais
utilizado na indústria segundo Hemais (2003), analisando esse fator podemos
afirmar que o equipamento abrange uma grande variedade de estudos futuros
possíveis para o âmbito universitário. A grande utilização do PP deve-se ao baixo
custo do material, melhores características de preço/produção dos polímeros
termoplásticos (SZAZDI, et al, 2005), à baixa densidade mesmo comparado a ouros
polímeros, e a sua infinidade de diferentes aplicações, o que está ligado a facilidade
de criar compósitos a partir do PP (SHIRAZI E JANGHORBAN, 2012), esse polímero
possui ótimas qualidades quando aplicado ao processo de injeção, essa
característica se salienta pois o polímero pode apresentar diferenças na sua
microestrutura devido ao processo, por exemplo, se existir uma energia de
cisalhamento muito intensa dentro do barril , o produto final irá apresentar uma
camada superficial diferente do núcleo da peça, e sua espessura depende dessa
energia, e quanto maior a energia, maior será a camada, denominada pele, assim
como essa característica, o PP pode apresentar outras peculiaridades dependentes
dos parâmetros do processo, podendo ser aplicado maiores estudos baseados no
comportamento do material no processo.
O polipropileno quando aplicado ao processo de injeção apresenta uma
morfologia heterogênea devido as diferentes ações que ocorrem no polímero
durante a injeção, tais como a força de injeção, a contra pressão, o inchamento do
polímero, e demais comportamentos já mencionados anteriormente, a taxa de
cisalhamento do processo implica nesse quesito, e determina as propriedades do
produto final. (VIANA et al, 2004)
Após determinar o polímero a ser processado, foi determinada a melhor
geometria recomendada para o melhor aproveitamento da produção, reduzindo
64
custos, desperdícios, e tempo de processo e preparação, para a rosca desse
equipamento escolhemos o modelo apresentado por Manrich, na figura 14, outro
ponto que deve ser destacado, é que para esse equipamento hibrido, deve-se
utilizar as características de construção do equipamento de injeção, pois o mesmo
gera maiores pressões e tensões no barril e na rosca, porém alguns cálculos de
rotação e potencia podem ser aplicados segundo teoria mencionada nos capítulos
de extrusão. Então ao dimensionarmos o equipamento atendendo as características
para injeção e extrusão, atenderemos as requisições para o projeto.
Dessa forma para dimensionar a rosca utilizamos a relação L/D = 24:1,
recomendado por Manrich e Canevarolo. Para estimar o comprimento da rosca,
consideramos as dimensões do forno do laboratório de tratamento térmico da
UTFPR campus Pato Branco, assim estimamos o diâmetro da rosca de
Injeção/Extrusão com 12mm, o comprimento útil da rosca com 288 mm e
comprimento total de 340 mm, h1 = 3mm, hlenta = 2,4mm e h2 = 1mm, a partir dessas
dimensões podemos dimensionar alguns outros componentes do equipamento. A
ponteira da rosca foi dimensionada no formato cônico com um diâmetro da base de
11mm, e com roscamento em seu rebaixo para fixação na rosca com um fuso
usinado com sentido contrario ao sentido de rotação do equipamento, dessa forma,
caso exista alguma folga, será melhor fixada conforme a rotação. Para determinar a
rotação aplicada a cada processo utilizamos a equação 7 conforme descrito, onde
utilizamos a altura da crista na região de controle da rosca, h2=1mm, o diâmetro da
rosca D=12mm, assim encontramos a rotação n:
𝑁 = 100∙1∙60
𝜋∙12∙1= 160 𝑟𝑝𝑚 (7)
Partindo dessa variável temos para a potencia mínima que deve ser
aplicada aplicada seguindo a equação 8 , onde a rotação por minuto N é igual ao
quadrado do fator de proporcionalidade Kpp do polipropileno de 66,7 multiplicado
pela potencia Pot; dividido por 𝜋 vezes o cubo do diâmetro D, rearranjando temos a
equação 8:
𝑃𝑜𝑡 = 𝑁∙𝜋∙𝐷3
Kpp2= 195 𝑊 = 0,195 𝑘𝑊 (8)
Como sequencia devemos estudar qual a capacidade de injeção do
equipamento, para poder dimensionar corretamente o barril, e sem exigir demais do
equipamento devido sua dimensão relativamente pequena, portanto, usei o software
CAD 3D, Solidworks 2015, para modelar os corpos e prova nos moldes, e assim
65
poder estimar a real necessidade de produto a ser processado, seguindo as
dimensões segundo ASTM, esses moldes tem como objetivo a fabricação dos
corpos de prova específicos para polímeros considerando as determinações da
ASTM D638-03 e ASTM D790-03, sendo o primeiro modelo para ensaio de tração, e
o segundo para ensaio de impacto, onde o entalhe deve ser obtido após o corpo de
prova ser extraído do molde, as figuras 26 e 27 exemplificam detalhes do
dimensionamento dos corpos de prova.
Figura 26 - Corpo de prova para ensaio de impacto para polímeros.
Fonte: Adaptado de ASTM D790-03, 2004.
Figura 27 – Corpo de prova para ensaio de tração para polímeros.
Fonte: Adaptado de ASTM D638-03, 2004.
O Software Solidworks possui uma ferramenta de medição, que possibilita
a medição exata dos componentes modelados, dessa forma encontramos as
seguintes dimensões para corpos de prova nos moldes:
66
Corpo de prova para Tração;
Conforme área destacada na figura 28, temos uma área total Att =
2185,7 mm², e o volume total considerando que a espessura da
peça é 3,4 mm, V = At x 3,4mm = 7431,38 mm³.
Figura 28 - Área obtida no Software Solidworks 2015, Corpo De Prova Tração ASTM D638-03.
Fonte: Autoria própria.
Corpo de prova para Impacto;
Conforme área destacada na figura 29, temos uma área total Ati =
2157,07 mm², e o volume total considerando que a espessura da
peça é 3,4 mm, V = At x 3,4mm = 7334,04 mm³.
67
Figura 29 - Área obtida no Software Solidworks 2015, Corpo De Prova Impacto ASTM D790-03.
Fonte: Autoria própria.
Então para o canhão a capacidade de injeção deve atender ao necessário
para preencher o molde de tração, cujo tem o maior volume, seguindo as
recomendações para esse processo conforme citado anteriormente, assim devemos
nos atentar que a injetora deve trabalhar com uma capacidade entre 30 e 90% de
sua capacidade total (CANEVAROLO 2002), assim para o Polipropileno (com
densidade - 0,9 g/cm³) temos um CP com 6,7 g, somente a região do corpo de prova
sem os canais de alimentação, para determinar a quantia necessária para o canal de
alimentação do molde, foi utilizado a ferramenta de medição do SolidWorks,
atingindo um volume de 1502,58 mm³, resultando em 1,352 g de PP, assim o total
requerido para esse molde é 8,052 g de PP, com a recomendação de trabalhar com
90%, a capacidade de injeção deve atender ao mínimo de 8,95 g de PP, o que
corresponde a um volume de 9,95 cm³, assim o barril devera ter um deslocamento
mínimo, de 87,95 mm, assim temos um comprimento total de L = 300 + 12 +
espessura das tampas.
A ponteira da rosca deve ter um ângulo correto para que ocorra a
interferência exata do polímero com a parede interna do barril, sem que ocorra o
contato d metal com metal, e o mesmo evite vazamentos do polímero fundido,
evitando a perda de pressão no molde, assim para obter tais ângulos foi utilizado a
recomendação do fabricante de injetoras “Reiloy Westland Corporation”, conforme
68
figura 30, pois na teoria não foi encontrado referências científicas para essa
dimensão, porem ao realizar o desenho no Solidworks constatou-se que a
angulação correta seria entre 23º – 24º , devido a ponteira ter comprimento
aproximado de 1D:
Figura 30 - Ângulos da ponteira e barril.
Fonte: Catálogo Reiloy Westland Corporation.
O próximo passo é especificar o curso do cilindro hidráulico de injeção,
cujo irá atuar de maneia a realizar o trabalho de injetar o polímero no molde, onde
atendendo o deslocamento mínimo da rosca, e ajustando o cilindro para um modelo
de fabricação mais simples, assim o curso é definido com 90 mm, deve-se aplicar
cilindro hidráulico devido as pressões exercidas no processo, pois se utilizássemos
cilindros pneumáticos o mesmo poderia apresentar falha ao injetar o polímero com a
quantidade necessária de pressão, necessitando de um dimensionamento
extrapolado do cilindro para atender o movimento, outro ponto seria a necessidade
do uso de um compressor interligado ao equipamento, ou uma linha de ar
comprimido, já para o cilindro hidráulico, podemos acoplar uma pequena bomba, ou
acoplar a bomba hidráulica própria do laboratório de hidráulica da UTFPR.
O equipamento foi dimensionado no Software Solidworks 2015, e a figura
31 mostra o esboço da rosca baseada na teoria de Manrich(2005) para o PP, a
figura 32 traz o esboço do barril com as devidas tampas especiais, os detalhamentos
dos dimensionais do equipamento estão no fim do texto como apêndices.
69
Figura 31 - Rosca dimensionada para o Polipropileno (PP).
Fonte: Autoria própria.
Figura 32 - Barril dimensionado conforme descrito para a rosca mencionada.
Fonte: Autoria própria.
70
Para alternarmos os processos de injeção para extrusão devemos
substituir o molde de injeção pela matriz de extrusão, utilizando da mesma placa fixa
ao barril, dessa forma podemos efetuar esse diferente processo de maneira simples
e rápida.
4.2 CÁLCULO DA FORÇA DE FECHAMENTO DO MOLDE
Para o calculo da força de fechamento do molde devemos utilizar a
seguinte equação 9, e a equação 10 para a pressão de fechamento:
𝐹𝑓 = ∫ 𝑃𝑟 ∙ 2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟 ∙ 𝑑𝑟 𝑅
0, 𝑜𝑛𝑑𝑒 (9)
𝑃𝑟 = 𝑃0 ∙ (1 − 𝑟
𝑅)
𝑚
(10)
Considerando (m = 1-n) segundo Manrich (2005), onde m varia entre 0,3
e 0,75, e n é o fator de potencias, então rearranjando a equação 7 para o formato de
uma cinta projetada, e simplificando a localização do ponto de injeção como central,
a figura 33 nos demostra as referencias que serão utilizadas para os cálculos,
baseado no pior caso do nosso molde, o de tração, temos:
Figura 33 - modelo simplificado para calculo da força de fechamento do molde.
Fonte: Manrich, 2005.
𝐹𝑓 = 𝑊 ∙ 𝐿 ∙ 𝑃0 ∙ (𝑚
𝑚+1) (9)
Onde:
W – é a espessura;
L – é o comprimento da peça injetada;
P0 – é a pressão inicial;
M – é o fator de potencias.
71
Assim para a Injetora/Extrusora temos uma Força de fechamento,
equação 11, e uma pressão de fechamento, equação 12, partindo da pressão inicial
obtida pela tabela 15:
𝐹𝑓 = 3,4[𝑚𝑚] ∙ 121[𝑚𝑚] ∙ 120 [𝑁
𝑚𝑚2] ∙ (0,75
0,75+1) = 21157,71 [𝑁] (11)
e a equação 12 nos dá a pressão de fechamento:
𝑃𝑓 = 𝑃0 ∙ (𝑚
𝑚+1) (12)
𝑃𝑓 = 120 [𝑁
𝑚𝑚2] ∙ (0,75
0,75 + 1) = 51,43 [
𝑁
𝑚𝑚2]
Para que a peça injetada tenha uma qualidade aceitável aplica-se uma
contrapressão originada pelos canais da rosca, dessa forma consegue evitar que ao
ocorrer a plastificação do polímero dentro do barril, o mesmo acarrete em defeitos
de preenchimento na peça injetada ou também na degradação do polímero dentro
do processo, o valor critico da contrapressão é de 0,98 MPa.
A tabela 6 nos deixa claro quais as máximas pressões que devem ser
aplicadas nos polímeros durante o processo de injeção, dessa maneira temos para o
PP uma pressão de injeção entre 800 a 1200 bar (80 a 120 MPa).
Considerações finais para o equipamento, a maioria das injetoras e
extrusoras no mercado atualmente possuem um controlador que possibilita o
controle de alguns recursos do equipamento. Basicamente esses recursos são os
Tempos, as Temperaturas, as Pressões, e as Velocidades, seguindo esses recursos
básicos, visamos atender aos menos os principais requisitos no equipamento, para
que o processamento seja eficaz e com devido resultado satisfatório, então dessa
forma será indicado qual seria o modelo do equipamento que suprisse tais recursos.
Tempo – temporizador para controlar o tempo de rotação e tempo de
parada do giro do motor, juntamente com o tempo de acionamento do cilindro
hidráulico para injetar o polímero no molde, assim foi escolhido um temporizador relé
para o controle, conforme figura 34:
- Relé temporizador:
Alimentação: 24 a 242 VAC / VCC;
Relé SPDT com Capacidade de 5 A (250 VAC / cos phi = 1);
Frequência de rede (senoidal): 48 a 63 Hz.
72
Figura 34 - Relé temporizador.
Fonte: Catálogo CLIP.
- Temperaturas:
Devemos utilizar 4 resistências do tipo coleira de mica, revestida em
chapa de aço inox 430, ø 30 x 70 mm de largura, com tensão de 220 volts , e
potencia de 200 watts, alcançando uma temperatura máxima = 300ºC, modelo
especificado conforme figura 35 e figura 36, para melhor distribuição das
temperaturas das zonas da rosca, devemos distribuir as resistências de forma
equidistante sobre o barril, aplicando o seu termopar no vão entre as resistências.
Para controlar cada região da rosca conforme sua necessidade, devemos ter um
controlador para cada resistência, dessa forma devemos aplicar 4 controladores de
temperatura digital da marca BERME com duplo display, modelo: RKC REX-
C100FK02-M-NA, que controla temperaturas de até 1370ºC, aceita todos tipos de
termopares sólidos, e pode ser ligada em 30 V a 220V, conforme modelo
especificado na figura 37:
73
Figura 35 - Detalhamento da resistência elétrica tipo coleira.
Fonte: Catálogo RESISTEN.
Figura 36 - Resistencia elétrica tipo coleira de Mica.
Fonte: Catálogo Itaquá Resistências.
74
Figura 37 - Controlador de temperatura.
Fonte: Catálogo BERME.
- Velocidades:
Podemos controlar a velocidade de rotação do motor com um controlador
PWM que trabalha com tensões de 10 V a 30 V, com potencia máxima de 1200W.
O motor utilizado deverá ser do modelo aplicado em sistemas de
arrefecimento de automóveis, assim o modelo do motor deve atender as
características antes apresentadas para a potência mínima. A figura 38 demostra um
exemplo de motor aplicado na ventoinha do arrefecimento:
Figura 38 - Motor ventoinha de arrefecimento Bosch GPB F006.KM0.60F.
Fonte: Catálogo Bosch de motores elétricos.
75
Para transmissão da rotação do motor para efetuar o giro da rosca,
iremos utilizar um sistema de engrenagem, e conforme a teoria descrita no Norton
(2004), tem-se as seguintes propriedades:
Para determinar o trem de engrenagem necessário para atender nosso
sistema de rotação temos os seguintes cálculos necessários para integrar o giro do
motor ao eixo de rotação do equipamento, assim temos a determinação dos
diâmetros, vide figura 39:
Figura 39 - Modelo de engrenagem.
Fonte: Norton, Projetos de Máquinas, 2004.
Para o eixo e a engrenagem tendo relação de 1:1, temos um eixo com
dentes, e a engrenagem, onde será transmitido as características do motor para a
rosca, dessa maneira conseguimos determinar as características dos dentes
utilizados na transmissão. Estimando um modulo M = 1,8, temos para o passo:
𝑃𝑟 = 𝑀 ∙ 𝜋 = 5,65 𝑚𝑚 (13)
A espessura do dente fica em torno de:
𝑆 =𝑃𝑟
2= 2,83 𝑚𝑚 (14)
Aplicando um diâmetro interno Di = 130 mm, e aplicando uma altura
segundo a norma ABNT e DIN, onde h = 2,166 * M, então segundo equação 15:
ℎ = 2,166 ∙ 𝑀 = 3,90 𝑚𝑚 (15)
O diâmetro primitivo, segundo equação 16:
𝐷𝑝 = 𝐷𝑒 − (2 ∙ 𝑀) = 133,90 𝑚𝑚 (16)
O numero de dentes, segundo equação 17:
76
𝑍 =𝐷𝑝
𝑀= 74,39 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 ≅ 74 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 (17)
O diâmetro externo, segundo equação 18:
𝐷𝑒 = 𝑀 ∙ (2 + 𝑧) = 137,50 𝑚𝑚 (18)
A espessura mínima da engrenagem pode ser determinada, segundo
equação 19:
𝑏 = 6 ∙ 𝑀 = 10,80 𝑚𝑚 (19)
Devido à rosca atuar como um pistão, tendo um deslocamento de 90 mm,
o comprimento da engrenagem no eixo será de 100 mm, e seu avanço se dará com
a interrupção da rotação do motor. O detalhamento com as dimensões do eixo estão
no trabalho como apêndice. A figura 40 exemplifica o modelo da engrenagem:
Figura 40 – Engrenagem.
Fonte: Autoria própria.
O detalhamento com as dimensões da engrenagem estão no trabalho
como apêndice.
77
O mecanismo aplicado para fazer o fechamento do molde é demostrado
segundo figura 41, foi dimensionado visando à aplicação da força de fechamento e
pressão de fechamento de forma constante durante todo o processo, dessa maneira
um sistema de embolo guiado por aderência a superfície plana da base, e sua força
é aplicada através da rosca atrás do embolo, o detalhamento do componente está
nos apêndices.
Figura 41 - Mecanismo de fechamento do molde.
Fonte: Autoria própria.
O equipamento montado para injeção fica conforme figura 42, os
controladores e o cilindro hidráulico não estão dispostos, devido a não ter
encontrado a informação correta de seu tamanho, porem vale salientar que o cilindro
deve ter curso de 90 mm.
78
Figura 42 - Equipamento no módulo de Injeção.
Fonte: Autoria própria.
Para fazer a alternância dos processos de Injeção e Extrusão,
necessitamos primeiramente encerrar o processo anterior, descrevendo a troca do
processo de injeção para extrusão podemos iniciar a modularidade controlando a
rotação da rosca para a faixa de 200 rpm a 380 rpm, adequando a qualidade
exigida, e substituir as partes móveis do molde de injeção pela placa da matriz de
extrusão, e a rosca deve ser avançada 80 mm deixando um canal distribuidor na
ponta da rosca, dessa maneira com o canal distribuidor dentro do barril, se torna
desnecessária a aplicação de resistências elétricas na matriz, gerando maior
simplicidade no equipamento. O mecanismo de fechamento do molde também é
substituído pelo tanque de resfriamento, que nesse caso segue as dimensões
baseadas no corpo de prova para o ensaio de impacto. Assim a figura 43 Figura 43
exemplifica a montagem da matriz na placa fixa.
79
Figura 43 - Matriz de extrusão acoplada à placa fixa do equipamento.
Fonte: Autoria própria.
O tanque de resfriamento aplicado ao modulo de extrusão é baseado nos
modelos mais comumente aplicados na indústria, e tem a função de resfriar
rapidamente a massa extrudada, deixando a peça com melhor acabamento final, e
melhor linearidade, a figura 44 mostra em detalhes o tanque aplicado.
Figura 44 - Tanque de resfriamento para extrusão.
Fonte: Autoria própria.
80
O equipamento montado para o modulo de extrusão fica conforme
esquema da figura 45, fica claro a mudança dos mecanismos e a simplicidade da
alternância dos módulos.
Figura 45 – Equipamento no módulo de extrusão
Fonte: Autoria própria.
81
5 CONCLUSÕES
Esse projeto foi idealizado como uma nova ferramenta que poderia
permitir o estudo mais aprofundado na área de processamento de polímeros dentro
da universidade, assim para facilitar a implementação de um novo equipamento cujo
custo é relativamente elevado, foi idealizado o projeto e construção de um
equipamento que abrangesse a maior parte do mercado de processamento de
polímeros, onde segundo a associação brasileira de polímeros, o processo de
extrusão e o processo de injeção juntos, abrangem certa de 90% da produção
brasileira, e o uso do polipropileno foi pensado justamente nesse quesito também,
onde ele abrange cerca de 40% da indústria, e devido as suas características a sua
utilização vem aumentando exponencialmente ano após ano.
O estudo foi baseado em pesquisadores nacionais, valorizando os
pensadores de nosso país, e juntamente com referencias internacionais cujo
domínio científico da aplicação dos polímeros está melhor desenvolvida.
O objetivo especifico do projeto era facilitar o acesso à diversos estudos
sobre os materiais poliméricos, a principio o projeto seria desenvolvido e deveria ter
sido construído, porem com a pesquisa realizada, notamos uma serie de fatores que
não ficam claro com a literatura, sendo assim necessário um estudo especifico em
cima de tais fatores, visando projetar da melhor maneira possível o equipamento,
caso que ficou claro na determinação do torque necessário para a injeção, no
dimensionamento da ponteira da rosca também ficou vago algumas informações,
onde foi necessário buscar alternativas apresentadas pelos fabricantes desses
equipamentos para que as soluções fossem encontradas.
Para deixar aceitável o projeto, buscamos aplicar alguns materiais de fácil
acesso, tanto componentes novos, como componentes usados, assim o custo do
projeto diminui verticalmente, como é o caso do motor elétrico aplicado, que é
encontrado facilmente em ferros-velhos de automóveis, pois o mesmo é derivado da
ventoinha de arrefecimento de diversos modelos de automóveis nacionais, esse
componente pode servir como exemplo para a diminuição do custo, pois uma peça
derivada do ferro-velho como esta pode custar cerca de 50% de uma peça nova.
Na análise final do projeto, podemos dizer que o equipamento pode ser
construído e utilizado de uma forma muito satisfatória seguindo as recomendações
especificadas dentro do projeto, desde os materiais aplicados, até mesmo o tipo dos
82
componentes empregados, um ponto principal para a idealização do projeto foi a
visita técnica realizada na empresa de injeção de polímeros localizada na cidade de
Curitiba – Pr, essa empresa é de pequeno porte e deixou claro quais os pontos
podem ser estudados a fim de ajudar no crescimento da indústria de processamento
de polímeros.
Segundo a empresa visitada, e outros textos sobre estudos de polímeros,
esse trabalho de pesquisa pode receber diversas propostas de estudos posteriores,
podemos citar algumas, primeiramente uma delas seria a substituição do tipo de
polímero e analisar o comportamento do mesmo com a geometria da rosca
empregada, comparando com a capacidade de produção, isso porque na indústria
essa prática é comum, aplicando por exemplo, uma rosca inicialmente desenvolvida
para o polietileno para o polipropileno, e para o náilon, e segundo nosso estudo ficou
claro a geometria diversificada para esses materiais. Um segundo estudo poderia
ser aplicado na mesma linha do anterior, onde o estudo sobre os moldes e materiais
aplicados ao molde a interferem na qualidade e na capacidade do equipamento.
Outro estudo sugerido, poderia ser a comparabilidade de diferentes roscas, e
diferentes razões de compressão para diferentes polímeros, e suas respectivas
respostas aos processos. A analise também pode se concentrar nos pontos em que
as empresas de pequeno e grande porte de processamento de polímeros buscam,
podendo gerar parcerias, pois em visita realizada no mês de agosto numa empresa
de injeção de polímeros, os responsáveis pela produção levantaram alguns pontos
notáveis que poderiam melhorar a taxa de produção, a eficiência do processo, e o
menor custo de produção, onde a injeção multiponto foi o assunto de maior
abordagem, pois evita a criação dos ramos e elimina o trabalho posterior de retalhar
esses ramos para novo processo, o que acarretaria em maiores taxas de produção,
economia, e melhor controle de possíveis falhas em moldes e peças acabadas,
outro detalhe enfatizado foi a injeção com canais quentes, e/ou moldes quentes, pois
a refrigeração é um fator primordial quando se visa a qualidade da peça acabada, e
caso tenha um desacordo de 5º C na temperatura do molde, esse mesmo já afeta a
qualidade da peça, e obriga a para a produção e testar a melhor alternativa para
evitar as falhas, esse defeito do processo, segundo essa empresa, é um fator muito
decorrente de dias mais quentes, pois a refrigeração se torna menos eficiente, o que
atrasa a produção. Nesse campo a empresa até se interessou em disponibilizar o
seu espaço para realizar esses estudos, a fim de incentivar o desenvolvimento de
83
mecanismos e ideias novas, saindo do padrão aplicado e visando atingir
positivamente as empresas de pequeno porte desse seguimento, pois essas são as
empresas que mais buscam melhorar suas posições frente aos concorrentes.
84
REFERÊNCIAS
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87
APÊNDICES
Os detalhamentos dos componentes está determinado nos apêndices a
seguir.
288 340
12
352
10
6 12
A BBN3N1
12 11
17º
DETALHE AESCALA 1 : 1
REGIÃO DE TRANSIÇÃO
M8
AN
TI-HO
RÁRI
O
M10
HO
RÁRI
O
SEÇÃO B-BESCALA 1 : 2
1:2
01
*DETALHE ROSCA NA PONTEIRA M8 (ROSCA ANTI-HORÁRIA).
*ACABAMENTO SUPERFICIAL COMRUGOSIDADE ENTRE N1 E N3.
*PRECISÃO IT01
IT01
N3N1
DESENHISTA
VERIFICADOR
APROVADO
ACABAMENTO:
NOME ASSINATURA
DATA
MATERIAL:REVISÃO
TÍTULO:
ESCALA FOLHA 1 DE 12
A3DIVERSOS
ROSCA COM PONTEIRA
RAFAEL C.
RAFAEL C.
10/10/16
DES. Nº
ROSCA COM PONTEIRA
DIMENSÕES EM MILÍMETROSROSCAS: DIN 13.ISO724/965.1ACABAM. SUPERFÍCIE:ACABAM. INTERNO:TOLERÂNCIAS:
00
30
M
3
10
3 CC
N10N7
5,8 X6
5,8 X6
3
CANALDE
INJEÇÃO
300
12
+ 0,15
0
27 12
339
20º
SEÇÃO C-CESCALA 1 : 2
N3N1
3
5,
5 + -0,
300,
30
M3
ESCALA 5:1
1:2
02
EIT03
N10N7
N3N1
DESENHISTA
VERIFICADOR
APROVADO
ACABAMENTO:
NOME ASSINATURA
DATA
MATERIAL:REVISÃO
TÍTULO:
ESCALA FOLHA 2 DE 12
A3DIVERSOS
BARRIL MONTADO
RAFAEL C.
RAFAEL C.
10/10/16
DES. Nº
BARRIL MONTADO
DIMENSÕES EM MILÍMETROSACABAM. SUPERFÍCIE:ACABAM. INTERNO:TOLERÂNCIAS:
00
R4
3
6
R65
F N6N3
N6N3
10,80 + 0,200
3,9
0 2,83
+ 0,100
DETALHE FESCALA 2 : 1
* ENGRENAGEM COM 74 DENTES.
03
1:1
N6N3
DESENHISTA
VERIFICADOR
APROVADO
ACABAMENTO:
NOME ASSINATURA
DATA
MATERIAL:REVISÃO
TÍTULO:
ESCALA FOLHA 3 DE 12
A3DIVERSOS
MOTOR ENGRENAGEM
RAFAEL C.
RAFAEL C.
10/10/16
DES. Nº
MOTOR ENGRENAGEM
DIMENSÕES EM MILÍMETROSROSCAS: DIN 13.ISO724/965.1ACABAM. SUPERFÍCIE:ACABAM. INTERNO:TOLERÂNCIAS:
00
DETALHE HASTE GUIACOM PONTAS
ROSCADAS M5 (L=10mm)
2X
1
2
7
3
8
6
5
4
4
5
ESCALA 1:2 39,50
5
8
7,50
6
0,50
2X
7
120
5
21,
90
5 5
16,
90
80
120
5 96
15,
26
5
5
DETALHE PLACA EXTRAÇÃOESCALA 1:2
3
120
4
10
10
100
5 20
10
DETALHE MOLAESCALA 1:1
DETALHE APARADOR LATERAL 1ESCALA 1:2
DETALHE APARADOR LATERAL 2ESCALA 1:2
VARIADA
04
Nº DO ITEM Nº DA PEÇA QTD.
1 PLACA FIXA 1
2 PLACA MÓVEL FÊMEA TRAÇÃO 1
3 PLACA EXTRAÇÃO TRAÇÃO 1
4 APARADOR LATERAL 1 2
5 APARADOR LATERAL 2 2
6 PLACA FECHAMENTO 1
7 MOLA EXTRAÇÃO 2
8 HASTE GUIA 2
DESENHISTA
VERIFICADOR
APROVADO
ACABAMENTO:
NOME ASSINATURA
DATA
MATERIAL:REVISÃO
TÍTULO:
ESCALA FOLHA 4 DE 12
A3DIVERSOS
MOLDE PARA INJEÇÃO TRAÇÃO
RAFAEL C.
RAFAEL C.
10/10/16
DES. Nº
MOLDE PARA INJEÇÃO TRAÇÃO
DIMENSÕES EM MILÍMETROSROSCAS: DIN 13.ISO724/965.1ACABAM. SUPERFÍCIE:ACABAM. INTERNO:TOLERÂNCIAS:
00
160
100
121 91
R14
R25
22,32 33,40
19
5
5
5
5
10
10
10
10
R7,50 3
28
,25
22
,25
55
15,
76
25,
26
34,
76
50
90
I
I
N6N3 15
J
SEÇÃO I-IESCALA 1 : 1
15
6
3,40
3
R1,50
1,50
95° 95°
DETALHE JESCALA 2 : 1
051:1
N6N3
DESENHISTA
VERIFICADOR
APROVADO
ACABAMENTO:
NOME ASSINATURA
DATA
MATERIAL:REVISÃO
TÍTULO:
ESCALA FOLHA 5 DE 12
A3DIVERSOS
PLACA MÓVEL FÊMEA TRAÇÃO
RAFAEL C.
RAFAEL C.
10/10/16
DES. Nº
PLACA MÓVEL FÊMEA TRAÇÃO
DIMENSÕES EM MILÍMETROSROSCAS: DIN 13.ISO724/965.1ACABAM. SUPERFÍCIE:ACABAM. INTERNO:TOLERÂNCIAS:
00
1
2
3
5 4
7 45
8
6
2X
7,50
6
0,50
7
10 1
0
120
4
20
10
100
5 1
6,90
5
21,
90
120
5 5
80
120
66,
35
13,
65
18 115
5
5 5
3 39,50
5
8
06
VARIADAS
DETALHE PLACA EXTRAÇÃOESCALA 1:2
2X
DETALHE APARADOR LATERAL 2ESCALA 1:2
DETALHE APARADOR LATERAL 1ESCALA 1:2
DETALHE MOLAESCALA 1:1
DETALHE HASTE GUIACOM PONTAS
ROSCADAS M5 (L=10mm)
2X
2X
Nº DO ITEM Nº DA PEÇA QTD.
1 PLACA FIXA 1
2 PLACA MÓVEL FÊMEA IMPACTO 1
3 PLACA EXTRAÇÃO IMPACTO 1
4 APARADOR LATERAL 1 2
5 APARADOR LATERAL 2 2
6 PLACA FECHAMENTO 1
7 MOLA EXTRAÇÃO 2
8 HASTE GUIA 2
DESENHISTA
VERIFICADOR
APROVADO
ACABAMENTO:
NOME ASSINATURA
DATA
MATERIAL:REVISÃO
TÍTULO:
ESCALA FOLHA 6 DE 12
A3DIVERSOS
MOLDE PARA INJEÇÃO IMPACTO
RAFAEL C.
RAFAEL C.
10/10/16
DES. Nº
MOLDE PARA INJEÇÃO IMPACTO
DIMENSÕES EM MILÍMETROSROSCAS: DIN 13.ISO724/965.1ACABAM. SUPERFÍCIE:ACABAM. INTERNO:TOLERÂNCIAS:
00
100
10
50
70
76,
35
82,
70
90
127
10
80
5
25
5
R7,50
3
3
61
R11,50 R8,50
6,8
3
R11,50 R8,50
5
12,
70
160
N
N
N6N3
15
O
SEÇÃO N-NESCALA 1 : 1
3
3,40
R1,50
R1,50
1,50
12,
70
95° 95°
DETALHE OESCALA 2 : 1
07
1:2
N6N3
DESENHISTA
VERIFICADOR
APROVADO
ACABAMENTO:
NOME ASSINATURA
DATA
MATERIAL:REVISÃO
TÍTULO:
ESCALA FOLHA 7 DE 12
A3DIVERSOS
PLACA MÓVEL FÊMEA IMPACTO
RAFAEL C.
RAFAEL C.
10/10/16
DES. Nº
PLACA MÓVEL FÊMEA IMPACTO
DIMENSÕES EM MILÍMETROSROSCAS: DIN 13.ISO724/965.1ACABAM. SUPERFÍCIE:ACABAM. INTERNO:TOLERÂNCIAS:
00
1
2
ESCALA 1:2
100
10
50
90
10
70 80 90
150
10
160
5
5
3 10
3
5
5 RR
1
100
10 3
5 4
8,30
3
,40
12,70
30
40
5
5
10 60 73,65
150
10
90
S
S
2
20
3
5
10 15
5 5
SEÇÃO R-RESCALA 1 : 2
30
3,4
0
3 38
48,
30
62
30
SEÇÃO S-SESCALA 1 : 2
08
VARIADAS
Nº DO ITEM Nº DA PEÇA QTD.
1 PLACA FIXA 1
2 MATRIZ EXTRUSÃO 1
DESENHISTA
VERIFICADOR
APROVADO
ACABAMENTO:
NOME ASSINATURA
DATA
MATERIAL:REVISÃO
TÍTULO:
ESCALA FOLHA 8 DE 12
A3DIVERSOS
MATRIZ EXTRUSÃO MONTADA
RAFAEL C.
RAFAEL C.
10/10/16
DES. Nº
MATRIZ EXTRUSÃO MONTADA
DIMENSÕES EM MILÍMETROSROSCAS: DIN 13.ISO724/965.1ACABAM. SUPERFÍCIE:ACABAM. INTERNO:TOLERÂNCIAS:
00
N12N8
45
25
15
32
7,50 7,50
30
170
1
54
20
15 2
T
T 12,50 28
10 28
23 25 32
SEÇÃO T-TESCALA 1 : 2
09
VARIADAS
N12N8
DESENHISTA
VERIFICADOR
APROVADO
ACABAMENTO:
NOME ASSINATURA
DATA
MATERIAL:REVISÃO
TÍTULO:
ESCALA FOLHA 9 DE 12
A3DIVERSOS
TANQUE DE RESFRIAMENTORAFAEL C.
RAFAEL C.
10/10/16
DES. Nº
TANQUE DE RESFRIAMENTO
DIMENSÕES EM MILÍMETROSROSCAS: DIN 13.ISO724/965.1ACABAM. SUPERFÍCIE:ACABAM. INTERNO:TOLERÂNCIAS:
00
80
160 30
10 260
2
M10
1
2
3
100 1
00
10
3 3
3
3
15 50
85
15
50
85
2
50
52
60
100
3
17
M10
2
8
DETALHE ÊMBOLOESCALA 1:2
DETALHE PORCAESCALA 1:1
10
Nº DO ITEM Nº DA PEÇA QTD.
1 BASE MECANISMO DE FECHAMENTO 1
2 PORCA M10 1
3 EMBOLO DE FECHAMENTO 1
DESENHISTA
VERIFICADOR
APROVADO
ACABAMENTO:
NOME ASSINATURA
DATA
MATERIAL:REVISÃO
TÍTULO:
ESCALA FOLHA 10 DE 12
A3DIVERSOS
MECANISMO DE FECHAMENTO DO MOLDE
RAFAEL C.
RAFAEL C.
10/11/16
DES. Nº
MECANISMO DE FECHAMENTO DO MOLDE
DIMENSÕES EM MILÍMETROSROSCAS: DIN 13.ISO724/965.1ACABAM. SUPERFÍCIE:ACABAM. INTERNO:TOLERÂNCIAS:
00
133
8
19
6
4
710
12
11
5
2
Nº DO ITEM Nº DA PEÇA QTD.
1 MOTOR GPB 1
2 MOTOR ENGRENAGEM 1
3 EIXO ENGRENAGEM 1
4 ROSCA FINAL 1
5 PONTEIRA 1
6 BARRIL 1
7 TAMPA BARRIL 2 1
8 TAMPA BARRIL 1 1
9 Parafuso allen M8x20 12
10 MATRIZ EXTRUSÃO 1
11 PLACA FIXA 1
12 TANQUE DE RESFRIAMENTO 1
13 RESISTÊNCIA 4
DESENHISTA
VERIFICADOR
APROVADO
ACABAMENTO:
NOME ASSINATURA
DATA
MATERIAL:REVISÃO
TÍTULO:
ESCALA FOLHA 11 DE 12
A3DIVERSOS
RAFAEL C.
RAFAEL C.
26/11/16
DES. Nº
DIMENSÕES EM MILÍMETROSROSCAS: DIN 13.ISO724/965.1ACABAM. SUPERFÍCIE:ACABAM. INTERNO:TOLERÂNCIAS:
00
EQUIPAMENTO MONTADO EXTRUSÃO
EQUIPAMENTO MONTADO EXTRUSÃO
11
14 16
12
17
11
211
8
9
3
5
6
10
4
1315
18
19
2
17
16
14
20
Nº DO ITEM Nº DA PEÇA QTD.
1 MOTOR GPB 1
2 MOTOR ENGRENAGEM 1
3 EIXO ENGRENAGEM 1
4 ROSCA FINAL 1
5 PONTEIRA 1
6 BARRIL 1
7 TAMPA BARRIL 2 1
8 TAMPA BARRIL 1 1
9 Parafuso allen M8x20 12
10 PLACA FIXA 1
11 PLACA MÓVEL FÊMEA TRAÇÃO 1
12 PLACA EXTRAÇÃO TRAÇÃO 1
13 APARADOR LATERAL 1 2
14 APARADOR LATERAL 2 2
15 PLACA FECHAMENTO 1
16 MOLA EXTRAÇÃO 2
17 HASTE GUIA 2
18 BASE MECANISMO DE FECHAMENTO 1
19 EMBOLO DE FECHAMENTO 1
20 PORCA M10 1
21 RESISTÊNCIA 4
DESENHISTA
VERIFICADOR
APROVADO
ACABAMENTO:
NOME ASSINATURA
DATA
MATERIAL:REVISÃO
TÍTULO:
ESCALA FOLHA 12 DE 12
A3DIVERSOS
RAFAEL C.
RAFAEL C.
26/11/16
DES. Nº
DIMENSÕES EM MILÍMETROSROSCAS: DIN 13.ISO724/965.1ACABAM. SUPERFÍCIE:ACABAM. INTERNO:TOLERÂNCIAS:
00
EQUIPAMENTO MONTADO INJEÇÃO
EQUIPAMENTO MONTADO INJEÇÃO
12
