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Tecnologia dos MateriaisProcessamento de Polímeros

Prof. Henrique Cezar Pavanati

E-mail: [email protected]

Módulo II – Mecânica

Instituto Federal de Santa Catarina

Campus Florianópolis

Departamento Acadêmico de Metal-Mecânica

Curso Técnico em Mecânica

www.pavanati.com.br


Processamento de Polímeros

2/114Materiais e Processos de Fabricação

Etapas principais do processamento de polímeros:

1. PLASTIFICAÇÃO – Levar o material a um estado em que

sua forma possa ser modificada na etapa seguinte;

2. CONFORMAÇÃO – Dar forma desejada a peça;

3. ESTABILIZAÇÃO DE FORMA – Endurecimento, resfria-

mento ou cura até a temperatura ambiente.




Antes de tudo é necessário:

PREPARAR OS POLÍMEROS PARA O PROCESSAMENTO

Indústria petroquímica

Polímero virgem

Pronto para ser usado?

Processo de transformação

Pro

dutosimPreparação

do composto

não




Trituradores

Equipamentos usados na preparação dos polímeros




Trituradores





Extrusão - Granulação





Misturadores

Equipamentos usados na preparação dos compostos




Dosadores

Equipamentos usados na preparação dos compostos




Processos de Transformação

• São todos os processos de fabricação utilizados para

dar forma aos produtos. Os mais importantes são:

• Injeção de polímeros;

• Extrusão de polímeros;

• Sopro;

• Termoformagem;

• Rotomoldagem.




INJEÇÃO DE

POLÍMEROS




Esquema de uma máquina de moldagem por injeção

parafuso móvelplástico fundidoinjeção no molde




Esquema de uma máquina de moldagem por injeção




Máquina de moldagem por injeção




Máquina de moldagem por injeção




Vantagens da moldagem por injeção

1 – peças de elevada qualidade;

2 – custo baixo das peças para grandes volumes;

3 – bom acabamento;

4 – facilidade de automatização do processo;

5 – permite obtenção de formas complicadas.

Desvantagens da moldagem por injeção

1 – elevado custo do equipamento e dos moldes;

2 – processo com muitas variáveis, necessitando

de controle bastante rigoroso.




Matéria-prima

1 – Praticamente todos os termoplásticos;

2 – Praticamente todos os termofixos.

• Nos termoplásticos, o molde deve ser resfriado

para solidificar o polímero;

• Nos termofíxos, o molde deve ser aquecido

para a reticulação (cura) e solidificação.




Ciclo de injeção




O processo de injeção de polímeros




Alguns parâmetros do processo:

• Temperatura de injeção (do material) e do molde –

ambas tem influência direta na viscosidade do políme-

ro e, consequentemente, no preenchimento do molde.

A temp. elevada pode levar a presença de rebarba;

• Volume do material injetado (dosagem) – um volu-

me correto garante que não irá faltar material. Um vo-

lume menor é problema, mas material além do neces-

sário no canhão de injeção poderá degradar (queimar)

a matéria-prima;

• Tempo e/ou velocidade de injeção – devem garantir

o preenchimento da peça antes da solidificação do

material, mas sem promover turbulência no fluxo de

injeção;




Alguns parâmetros do processo:

• Pressão de injeção – tem relação direta com o pre-

enchimento do molde e também com o grau de com-

pactação da peça produzida. O grau de comp. causa

variação da densidade e das propriedades mecânicas.

Pressões elevadas facilitam a formação de rebarbas;

• Pressão e tempo de recalque – devem garantir que

não falte material devido a contração da peça e a den-

sidade necessária nos vários pontos da peça;

• Tempo de resfriamento – deve ser o menor tempo

possível para permitir o resfriamento da peça, ou seja,

o produto ao ser extraído do molde não perca sua for-

ma e/ou possa ser manuseado. Muitas vezes é o maior

tempo de todo o ciclo de injeção.




Moldes para injeção

VÍDEO




Funções dos moldes

• Receber e distribuir o material plastificado;

• Modelar;

• Resfriar;

• Desmoldar.




1. Sistema de Alimentação;

2. Saída de Gases;

3. Sistema de Extração;

4. Sistema de Resfriamento;

5. Placa com as Cavidades.

Sistemas de um molde de injeção




• Canal de Injeção:

• Poço frio (de retenção) ou canal quente;

• Canais de alimentação (distribuição);

• Canais de entrada

ou ponto(s) de injeção.

1. Sistemas de Alimentação




1. Sistemas de Alimentação




• Liga a injetora (bico de injeção da máquina) ao

canal de alimentação;

• A superfície deve ser polida e a forma de sua

seção transversal deve ser adequada de acordo

com o volume de material e formato da peça;

• Poço Frio: Prolongamento do canal de injeção que tem

por finalidade receber o primeiro material que se resfriou

na frente de fluxo;

• Canal Quente: Sistema de aquecimento implantado no

canal de injeção, as vezes também no de alimentação,

para evitar o resfriamento do material.

Canal de injeção




Poço frio (poço de retenção)

Poço frio




• O material nos canais de injeção e/ou alimentação é

mantido plastificado, ou seja, preparado para o próxi-

mo ciclo injeção;

• As peças são extraídas sem os canais de alimentação;

• Como vantagens desse sistema tem-se: ciclos mais

rápidos, eliminação de operação de acabamento na

remoção do ponto de injeção e redução de refugos.

Canal quente




Canal quente




Canais de alimentação









Balanceamento

adequado

Não balanceado




Entrada ou Ponto de injeção

• O ponto de injeção controla a velocidade com que

o material fundido entra na cavidade e, também, o seu

empacotamento (densidade da peça);

• Por consequência, controla-se as propriedades e a

aparência da peça injetada;

• Peças grandes vão demandar um grande número de

pontos de injeção para evitar o resfriamento do mate-

rial e os defeitos gerados por esse problema, como

as linhas de emenda (solda);

• Os pontos de entrada, devem ser localizados, de

preferência, de paredes grossas para finas.

Características:




Para minimizar o jateamento, esguichos e enevoamento, a

entrada deverá estar em ângulo reto com o canal e deve

obrigatoriamente, existir um poço frio ao lado do canal.

Entrada ou Ponto de injeção




Canais de entrada com poço frio




Tipos de entrada

Entrada lateralEntrada direta




Entrada em disco

Tipos de entrada

Entrada em anel




Tipos de entrada

Entrada capilar




2. Saída de gases

• São canais rasos que se estendem da

cavidade ao exterior do molde;

• Saídas ineficientes resultam em:

• mal preenchimento da peça;

• linhas de emendas fracas;

• contração irregular do moldado;

• queima da superfície da peça.




2. Saída de gases

Cavidade sem saída

de gases

Cavidade com saída

de gases




3. Sistema de resfriamento

• Constituído por canais no interior do molde para

circulação de água;

• A diferença de temperatura do líquido entre a

entrada no molde e a saída deve ser a menor

possível;

• Grandes diferenças de temperatura no molde

(diferentes taxas de resfriamento) causam:

• peças com contração, brilho e qualidade das linhas de

solda diferentes em cada ponto.




3. Sistema de resfriamento




4. Sistema de extração

• Devem atuar na face inferior da moldagem

(não vista) - evitar marcas nas faces expostas;

• A extração pode ser feita por:

• Pinos

• Placas

• Ar comprimido

• Núcleo Rotativo

• Ventosas...




















5. Moldes com partes móveis












5. Moldes com partes móveis(Placa Flutuante)




Produtos VÍDEO




Alguns defeitos na moldagem por injeção

Estrias marrons




O surgimento de estrias de coloração

marrom, amarelada ou mesmo preta na

peça injetada é causado, principalmente,

devido à degradação do polímero.

Estrias marrons





Pontos pretos





São causados pelo surgimento de

pequenas partículas encravadas na

peça, geradas pela carbonização do

polímeros. As causas principais são:

• Formação de um filme de material

degradado, recobrindo o parafuso

e/ou o canhão, que se desprende a

cada ciclo;

• Presença de impurezas no mate-

rial, principalmente no reciclado.

Pontos pretos





Rechupes e vazios





As depressões originadas na superfície

da peça injetada (rechupes) ou as bolhas

internas (vazios), normalmente só

visíveis em peças transparentes, são

decorrentes da contração do polímero.

Rechupes e vazios





Linhas de emenda ou solda





O encontro de duas ou mais frentes de

fluxo do material, que se separaram

em alguma região anterior por onde o

polímero estava escoando, é que

causam as linhas de solda.

Linhas de emenda ou solda





Rebarbas





O material fundido é forçado para fora

das cavidades pela linha de abertura do

molde. As causas principais são:

• Temperatura muito alta do polímero;

• Pressão de recalque elevada;

• Velocidade de injeção muito alta.

Rebarbas





EXTRUSÃO DE

POLÍMEROS




Extrusão – Etapas do Processo

1. Preparação do polímero sólido (grãos, flocos ou

pó);

2. Aquecimento;

3. Plastificação;

4. Pressurização;

5. Obtenção da forma pela matriz (seção transversal).




Extrusão – Máquina extrusora




Extrusão – Máquina extrusora - Rosca




Extrusão – Máquina extrusora – Matriz




Extrusão – Perfis não circulares




Extrusão de mangueiras e revestimento de condutores




Extrusão de tubosVÍDEO




Extrusão de filmes

PRODUTOS:

• filmes finos: 10-50 µm;

• filmes espessos: 100-400 µm;

• chapas p/ termoformagem: 0,2-2,5 mm.

TIPOS:

• Processo plano;

• Processo tubular.




Extrusão de chapas – Plano




Extrusão-laminação – Plano




Extrusão-laminação (papel-plástico) – Plano




Extrusão - Processo Tubular

VÍDEO




• Os processos de extrusão tubular conseguem menor

variação na espussura (±5%) do que os processos de

extrusão plano (±10%);

• O controle operacional e a manutenção é mais fácil

nos equipamentos do processo plano (a linha tem

acesso mais fácil;

• O processo tubular demanda espaço físico reduzido,

exigindo somente altura compatível;

• Ambos tem elevado produtividade, mas o processo

plano é um pouco mais rápido (resfriamento por con-

dução é mais eficiente).

Processo plano vs. processo tubular




Equipamentos pós-extrusão

1. Calibrador (resfriar, forma final);

2. Equipamento de resfriamento;

3. Puxador ou arraste;

4. Serra;

5. Mesa recolhedora;

6. Bobineira.




Calibração




MOLDAGEM DE

POLÍMEROS POR

SOPRO




1. Plastificação do material;

2. Obtenção de pré-forma;

3. Fechamento do molde sobre a pré-forma;

4. Sopro para expansão;

5. Resfriamento;

6. Extração.

Etapas no processo de moldagem por sopro




Processo

extrusão-sopro

PARISON




Processo

extrusão-sopro

PARISON




Características dos produtos e processos

Espessura de parede desuniforme




Variação da espessura da parede para uniformizar o produto acabado




Extrusão contínua com molde ascendente




Extrusão contínua com molde deslizante

VÍDEO




Extrusão contínua com árvore rotativa




Processo INJEÇÃO-SOPRO




Processo INJEÇÃO – ESTIRAMENTO - SOPRO




Processo INJEÇÃO – ESTIRAMENTO - SOPRO

VÍDEO




Processo Co-extrusão + sopro




MOLDES DE SOPRO




MOLDES DE SOPRO – Saída de gases




MOLDES DE SOPRO – Sistema de resfriamento




MOLDAGEM POR

TERMOFORMAGEM




Processos pelos quais são obtidas peças

moldadas a partir de chapas planas previa-

mente produzidas.

Estas chapas são temporariamente amoleci-

das por ação de calor e logo após forçadas a

envolver a superfície de um molde com a

forma da peça requerida.

O que é termoformagem?




Mas como são produzidas as chapas planas?

1. Extrusão – é o processo mais utilizado;

2. Co-extrusão – quando se deseja chapas com pro-

priedades especiais (multi-paredes);

3. Fundição – muito utilizado para materiais de difícil

extrusão. Por exemplo, acrílico, onde o monômero

(líquido) é vazado numa forma com temperatura

controlada onde ocorre a polimerização.




Onde é utilizada a termoformagem?

1. Indústria de embalagens e

descartáveis;

2. Indústria automobilística;

3. Produtos da linha branca

(refrigeradores e freezers);

4. Construção civil (banheiras).

VÍDEOS




Etapas básicas da termoformagem

1. Aquecimento da chapa;

2. Conformação;

3. Resfriamento;

4. Corte e estampagem.




1. Aquecimento da chapa

Aquecimento por radiação

com sombreamento

Aquecimento convectivo:Sopradores térmicos.

Aquecimento condutivo:Contato com superfícies

aquecidas.

Aquecimento por radiação:A radiação infravermelha é

emitida de uma fonte consti-

tuída de lâmpadas que po-

dem fornecer temperaturas

elevadas (entre 260 e 600°C).




2. Conformação da chapa

1. O molde possui somente uma “cavidade”, ao

contrário da injeção e sopro que possuíam duas;

2. Parte da chapa é estirada, levando a redução da

espessura da parede;

3. A espessura da parede será maior na região que

encontrar primeiro o molde (resfriamento mais

rápido, o que reduz o estiramento);

4. A superfície que entra em contato com o molde

possuirá melhor precisão dimensional;




2. Conformação da chapa (espessura da parede)

A espessura da parede será maior na região

que encontrar primeiro o molde.




2. Conformação da chapa (tipos de processamento)

Por recobrimento Por vácuo




Por pressão positiva Por sopro livre





Estiramento + recobrimento com bolha

formada com ar comprimido





Estiramento + recobrimento com bolha

formada por vácuo





Estiramento + vácuo






Métodos

auxiliares com

plugue(s).




ROTOMOLDAGEM




Etapas do processo de rotomoldagem:




No aquecimento irá acontecer

a “sinterização” e densificação.

ROTOMOLDAGEM




Exemplo de rotomoldadora




Vantagens da rotomoldagem

1. Distribuição da parede dos moldados é relati-

vamente uniforme. Os cantos externos possuem

maior espessura (mais material fica depositado),

aumentando a resistência;

2. Não há desperdício de material (rebarbas,

canais de alimentação, etc);

3. Produtos isentos de linhas de solda e tensão

residual decorrentes de orientação molecular;

4. Baixo custo do ferramental e dos equipamentos.




Desvantagens da rotomoldagem

1. Ciclos de produção mais longos, podendo tor-

nar o produto mais caro que os similares produ-

zidos por injeção, extrusão ou soprados;

2. Poucas resinas se adaptam a este tipo de

processamento. Atualmente se utiliza princi-

palmente o PE linear de média densidade e o

PVC Plastirol, ambos em pó.

VÍDEOS

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