Plásticos industriais – Teoria e aplicações: Tradução da 5ª edição norte-americana

Para suas soluções de curso e aprendizado, visite www.cengage.com.br

isbn 13 978-85-221-1187-9isbn 10 85-221-1187-1

9 788522 1118797 8 8 5 2 2 1 1 1 8 7 99

Esta obra cobre todas as facetas da tecnologia de plástico in-dustrial e os principais processos de fabricação. É uma fonte indispensável para qualquer estudioso envolvido em progra-mas de tecnologia de polímero ou de plástico.

Didático, abrangente e com vários exercícios, Plásticos indus-triais: teoria e aplicações apresenta uma sequência lógica dos tópicos, abordando tudo da história do plástico até o percurso de um negócio de plástico de sucesso. Fornece dados para pesquisa na internet em todos os capítulos, dados atuais da in-dústria de plásticos e tratamentos expandidos de tecnologias de engenharia, em particular, nanoplásticos, injeção de fluido, bioplásticos e protótipo rápido. Texto útil para profissionais que desejam rever os conceitos básicos sobre o tema e per-manecer atualizados sobre a última tecnologia na fabricação de plástico.

Aplicações: Cursos de Química, Engenharias Industrial, Química de Materiais e de Produção, e curso superior em Tecnologia de Materiais. É uma obra muito útil para disciplinas como estrutura e propriedades de materiais poliméricos, processamento de ma-teriais poliméricos e tecnologia de plásticos industriais .

Plásticosindustriais

Erik Lokensgard

Teoria e aplicações

Tradução da 5a ediçãonorTe-americana



Erik Lokensgard


Mecânica dos materiaisTradução da 7a edição norte-americana

James M. Gere e Barry J. Goodno

ciência e engenharia dos materiaisDonald R. Askeland e Pradeep P. Phulé

Química orgânica experimental: técnicas de escala pequenaTradução da 3a edição norte-americana

Randall G. Engel, George S. Kriz, Gary M. Lampman e Donald L. Pavia

outras obras

Erik Lokensgard


Plá

sticos in

du

stria

isTeoria e aplicações

Austrália • Brasil • Japão • Coreia • México • Cingapura • Espanha • Reino Unido • Estados Unidos

Erik Lokensgard

Tradução da 5a edição norte-americana

Tradução técnica

Alessandra Pereira da SilvaDoutora em Engenharia Química pela Universidade Federal de São Carlos

Professora Adjunta II da Universidade Federal de São Paulo – Campus Diadema

Alexandre ArgondizoDoutor em Engenharia Química pela Universidade Federal de São Carlos

Professor Adjunto II da Universidade Federal de São Paulo – Campus Diadema

Douglas Alves CassianoDoutor em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Campinas

Professor Adjunto II da Universidade Federal do ABC

Eliezer Ladeia GomesDoutor em Engenharia Química pela Universidade Federal de São Carlos

Professor Adjunto III da Universidade Federal de São Paulo – Campus Diadema

Robson Mendes MatosD. Phil. University of Sussex at Brighton, Inglaterra

Professor Associado III da Universidade Federal do Rio de Janeiro – Campus Macaé

Plásticos industriais Teoria e aplicações

v

Sumário

Prefácio xxi

Capítulo 1 Introdução histórica aos plásticos 1 Introdução 1

Plásticos naturais 1

Materiais córneos 2

Goma-laca 3

Guta-percha 5

Primeiros materiais naturais modificados 5

Borracha 6

Celuloide 7

Primeiros plásticos sintéticos 9

Plásticos sintéticos comerciais 10

Resumo 10

Pesquisa na internet 12

Vocabulário 12

Questões 13

Atividades 13

Capítulo 2 Situação atual da indústria de plásticos 17 Introdução 17

Principais materiais plásticos 18

Reciclagem de plásticos 20

Leis de depósitos para garrafas e seus efeitos 20

Reciclagem de lixo seletiva 24

Reciclagem de PCR HDPE 26

Reciclagem automotiva 32

Reciclagem química 33

Reciclagem na Alemanha 33

Eliminação por incineração ou degradação 34

História da incineração nos Estados Unidos 34

Plásticos degradáveis 35

Organizações na indústria de plásticos 37

Publicações para a indústria de plásticos 39

Jornal do Comércio 39


Vocabulário 40

Questões 40

Atividades 41

Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesvi

Capítulo 3 Química elementar dos polímeros 43 Introdução 43

Revisão de química básica 43

Moléculas 43

Moléculas de hidrocarbonetos 44

Macromoléculas 45

Polímeros de cadeia de carbono 45

Carbono e outros elementos na cadeia principal 47

Organização molecular 48

Polímeros amorfos e cristalinos 48

Forças intermoleculares 51

Orientação molecular 52

Orientação uniaxial 53

Orientação biaxial 53

Termofixos 53

Sumário 54


Vocabulário 54

Questões 55

Atividades 56

Capítulo 4 Saúde e segurança 59 Introdução 59

Riscos físicos 59

Riscos biomecânicos 59

Riscos químicos 60

Fontes de riscos químicos 60

Leitura e compreensão do MSDS 60

Seção 1: Identificação do produto e da empresa 61

Seção 2: Composição 61

Seção 3: identificação dos riscos 63

Seção 4: Medidas de primeiros socorros 67

Seção 5: Medidas de combate a incêndios 67

Seção 6: Medidas para liberação acidental 68

Seção 7: Manuseio e armazenamento 68

Seção 8: Controle de exposição e proteção individual 68

Seção 9: Propriedades físicas e químicas 68

Seção 10: Dados de estabilidade e reatividade 68

Seção 11: Informações toxicológicas 70

Seção 12: Informações ecológicas 70

Seção 13: Considerações sobre o descarte 70

Sumário vii

Seção 14: Informações sobre transporte 70

Seção 15: Informações sobre regulamentação 70

Seção 16: Outras informações 70


Vocabulário 72

Questões 72

Atividades 73

Capítulo 5 Estatística elementar 75 Introdução 75

Cálculo da média 75

A distribuição normal 76

Cálculo do desvio padrão 77

A distribuição normal padrão 78

Representação gráfica dos resultados do teste de dureza 79

Esboço de gráficos 81

Comparação gráfica de dois grupos 81

Sumário 82


Vocabulário 82

Questões 83

Atividades 83

Capítulo 6 Propriedades e testes em plásticos 85 Introdução 85

Organismos certificadores 86

ASTM 86

ISO 86

Unidades SI 88

Propriedades mecânicas 89

Resistência à tração (ISO 527-1, ASTM D-638) 93

Resistência à Compressão (ISO 75-1 e 75-2, ASTM D-695) 93

Resistência ao cisalhamento (ASTM D-732) 93

Resistência ao impacto 93

Resistência à flexão (ISO 178, ASTM D-790 e D-747) 96

Fadiga por flexão (ISO 3385, ASTM D-430 e D-813) 96

Amortecimento 96

Dureza 96

Resistência à abrasão (ASTM D-1044) 99

Propriedades físicas 99

Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesviii

Massa específica e densidade relativa (ISO 1183, ASTM D-792

e D-1505) 99

Contração na moldagem (ISO 2577, ASTM D-955) 101

Resistência à fluência ou creep (ISO 899, ASTM D-2990) 101

Viscosidade 102

Propriedades térmicas 102

Condutividade térmica (ASTM C-177) 103

Capacidade calorífica (calor específico) 103

Expansão térmica (ASTM D-696 e D-864) 103

Temperatura de deflexão térmica (ISO 75, ASTM D-648) 104

Plásticos ablativos 105

Resistência ao frio 105

Inflamabilidade (ISO 181, 871 e 1210; ASTM D-635, D-568

e E-84) 105

Índice de fluidez (ISO 1133, ASTM D-1238) 105

Temperatura de transição vítrea 106

Temperatura de amolecimento (ISO 306, ASTM D-1525) 107

Propriedades ambientais 107

Propriedades químicas 107

Resistência às intempéries (ASTM D-2565, D-4329, G-154

e G-155, ISO-4892) 108

Resistência à radiação ultravioleta (ASTM G-23 e D-2565) 110

Permeabilidade (ISO 2556, ASTM D-1434 e E-96) 110

Absorção de água (ISO 62, 585 e 960; ASTM D-570) 110

Resistência bioquímica (ASTM G-21 e G-22) 112

Fratura sob tensão ambiental (stress cracking) (ISO 4600 e 6252,

ASTM D-1693) 112

Propriedades ópticas 112

Brilho (ASTM D-2457) 112

Transmitância luminosa (ASTM D-1003) 113

Cor 113

Índice de refração (ISO 489, ASTM D-542) 113

Propriedades elétricas 114

Resistência ao arco (ISO 1325, ASTM D-495) 114

Resistividade (ISO 3915, ASTM D-257) 114

Rigidez dielétrica (ISO 1325, 3915; ASTM D-149) 114

Constante dielétrica (ISO 1325, ASTM D-150) 114

Fator de potência (ASTM D-150) 114


Vocabulário 116

Questões 116

Atividades 117

Sumário ix

Capítulo 7 Ingredientes dos plásticos 119 Introdução 119

Aditivos 120

Antioxidantes 120

Agentes antiestática 121

Corantes 121

Agentes de acoplamento 123

Agentes de cura 124

Retardantes de chama 124

Agentes de expansão e espumantes 125

Estabilizantes térmicos 126

Modificadores de impacto 127

Lubrificantes 127

Agentes nucleantes 127

Plastificantes 128

Conservantes 128

Auxiliares de processamento 129

Estabilizadores ultravioleta (UV) 130

Agentes de reforço 130

Lâminas 131

Fibras 131

Cargas 139

Nanocompósitos 140

Cargas em escala macroscópica 143


Vocabulário 145

Questões 146

Atividades 147

Capítulo 8 Caracterização e seleção de plásticos comerciais 149 Introdução 149

Materiais básicos 149

Técnicas de polimerização 150

Índice de fluidez 151

Seleção do tipo de material 152

Bancos de dados informatizados para seleção de materiais 152

Resumo 153


Vocabulário 153

Questões 154

Atividades 154

Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesx

Capítulo 9 Usinagem e acabamento 157 Introdução 157

Serramento 158

Limagem 160

Furação 160

Estampagem, corte em matriz de estampagem (blanking) 163

Roscamento 164

Torneamento, fresagem, aplainamento, modelagem e

usinagem com comando numérico computadorizado (router) 166

Corte a laser 167

Corte por fratura induzida 168

Corte térmico 168

Corte hidrodinâmico 169

Aplainamento e polimento 169

Tamboração 171

Recozimento e pós-cura 172


Vocabulário 173

Questões 174

Atividades 175

Capítulo 10 Processo de moldagem 177 Introdução 177

Moldagem por injeção 177

Unidade de injeção 178

Unidade de fechamento 180

Segurança na moldagem por injeção 181

Especificação de máquinas de moldagem 186

Elementos dos ciclos de moldagem 186

Moldagem por injeção de termorrígidos 188

Moldagem por coinjeção 189

Injeção de fluido 190

Sobremoldagem 191

Máquinas elétricas e híbridas 191

Moldagem de materiais líquidos 192

Moldagem por injeção e reação 192

Moldagem reforçada por injeção e reação (RRIM) 193

Moldagem de resina líquida 193

Moldagem de materiais termorrígidos em grânulos e em placa 195

Moldagem por compressão 195

Moldagem por transferência 197

Sumário xi

Moldagem de folha (sheet molding) 201


Vocabulário 202

Questões 202

Atividades 203

Capítulo 11 Processos de extrusão 207 Introdução 207

Equipamentos de extrusão 207

Composição ou compostagem 210

Principais classes de produtos de extrusão 212

Extrusão de perfil 213

Extrusão de tubo 214

Extrusão de placa (ou chapa) 214

Extrusão de filme 214

Moldagem de filmes por extrusão e sopro 217

Extrusão de filamentos 220

Revestimento por extrusão e recobrimento de fios 224

Moldagem por sopro 224

Moldagem por sopro via injeção 225

Moldagem por sopro via extrusão 226

Variações na moldagem por sopro 231


Vocabulário 233

Questões 233

Atividades 234

Capítulo 12 Processos e materiais de laminação 239 Introdução 239

Camadas de diferentes plásticos 240

Camadas de papel 241

Camadas de lã de vidro e tapetes 244

Camadas de metal e favos de metal 245

Camadas de metal e plásticos espumantes 246


Vocabulário 248

Questões 248

Atividades 249

Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesxii

Capítulo 13 Processos e materiais reforçadores 253 Introdução 253

Cubo combinado 254

Compostos moldados por volume 254

Compostos moldados em folhas 254

Processo de laminação à mão ou de contato 257

Pulverização 257

Formação de vácuo rígida 257

Termoformação de molde frio 258

Saco de vácuo 258

Saco de pressão 260

Bobina de filamento 260

Reforço centrífugo e reforço de filme moldado por sopro 263

Pultrusão 263

Formação/impressão a frio 264


Vocabulário 266

Questões 266

Capítulo 14 Processos e materiais de fundição 267 Introdução 267

Tipos de material 267

Fundição simples 268

Tipos especiais de fundição simples 269

Fundição de filme 270

Fundição de fundido quente 271

Fundição slush e fundição estática 271

Fundição slush 271

Fundição estática 273

Fundição rotacional 273

Fundição centrífuga 273

Fundição rotacional 274

Fundição por mergulho 274


Vocabulário 276

Questões 276

Atividades 277

Capítulo 15 Termoformagem 283 Introdução 283

Sumário xiii

Formagem por vácuo direto 285

Formagem positiva 286

Formagem de molde combinado 286

Formagem a vácuo assistida por pistão e bolha de pressão 287

Formagem a vácuo assistida por pistão 288

Formagem por pressão assistida por pistão 288

Formagem por pressão na fase sólida (SPPF) 289

Formagem por vácuo de bolha 290

Formagem por vácuo de bolha e pressão na bolha 291

Formagem por pressão com aquecimento de contato e folha presa 291

Formagem por envelope de ar 291

Formagem livre 291

Termoformagem de folha dupla 292

Termoformagem de embalagem bolha ou embalagem de crosta 293

Formagem mecânica 293


Vocabulário 295

Questões 296

Atividades 297

Capítulo 16 Processos de expansão 303 Introdução 303

Moldagem 306

Processamento de baixa pressão 307

Processamento de alta pressão 308

Outros processos de expansão 310

Fundição 312

Expansão no local 312

Jateamento 313


Vocabulário 314

Questões 314

Atividades 315

Capítulo 17 Processos de revestimento 321 Introdução 321

Revestimento por extrusão 322

Revestimento por calandra 323

Revestimento de pó 323

Revestimento de leito fluidizado 324

Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesxiv

Revestimento de leito eletrostático 324

Revestimento de pistola de pó eletrostático 325

Revestimento de transferência 325

Revestimento de lâmina ou rolo 326

Revestimento de imersão 326

Revestimento de jato 327

Revestimento metálico 328

Adesivos 328

Eletrogalvanização 328

Metalização a vácuo 329

Revestimento precipitado 331

Revestimento por escova 331


Vocabulário 332

Questões 332

Atividades 334

Capítulo 18 Processos de fabricação e materiais 337 Introdução 337

Adesão mecânica 337

Resinas termoplásticas 337

Resinas termofixas 338

Adesivos elastoméricos 340

Adesão química 340

Adesão por solvente 341

Técnicas de aquecimento por fricção 343

Técnicas de transferência de calor 345

Fixação mecânica 348

Montagem por fricção 348

União por prensagem 348

União por encaixe 349

União por encolhimento 350


Vocabulário 351

Questões 351

Atividades 352

Capítulo 19 Processos de decoração 357 Introdução 357

Coloração 358

Sumário xv

Pintura 358

Pintura por spray 359

Pintura eletrostática 359

Pintura por imersão 359

Pintura utilizando tela vazada 360

Marcação por preenchimento 360

Revestimento por rolo 360

Hot stamping 361

Galvanização 362

Gravação 363

Impressão 363

Decoração dentro do molde 364

Decoração por transferência de calor 365

Diversos outros métodos de decoração e acabamento 366


Vocabulário 367

Questões 368

Atividades 369

Capítulo 20 Processos com uso de radiação 371 Introdução 371

Métodos de radiação 371

Fontes de radiação 373

Radiação ionizante 373

Radiação não ionizante 374

Segurança de radiação 374

Irradiação de polímeros 374

Danos causados por radiação 374

Melhorias por radiação 376

Polimerização por radiação 377

Enxerto por radiação 377

Vantagens de radiação 378

Aplicações 379


Vocabulário 380

Questões 381

Capítulo 21 Considerações de projeto 383 Introdução 383

Análise de fluxo com o auxílio de computador 383

Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesxvi

Protótipo rápido 384

Considerações de material 386

Ambiente 387

Características elétricas 387

Características químicas 388

Fatores mecânicos 388

Economia 388

Considerações de projeto 389

Aparência 389

Limitações de projeto 391

Considerações de produção 393

Processos de fabricação 394

Encolhimento de material 394

Tolerâncias 395

Projeto de molde 395

Teste de desempenho 404


Vocabulário 408

Questões 408

Capítulo 22 Ferramentas e fabricação de molde 411 Introdução 411

Planejamento 412

Ferramenta 412

Custos de ferramenta 412

Processamento por máquina 417

Erosão química 419


Vocabulário 425

Questões 425

Capítulo 23 Considerações comerciais 427 Introdução 427

Financiamento 427

Gerenciamento e pessoal 428

Moldagem de plástico 428

Equipamento auxiliar 430

Controle de temperatura de moldagem 432

Pneumáticos e hidráulicos 433

Cotação de preços 434

Sumário xvii

Terreno da fábrica 435

Despacho 435


Vocabulário 436

Questões 436

Apêndice A Glossário 439

Apêndice B Abreviaturas para materiais selecionados 455

Apêndice C Nomes comerciais e fabricantes 459

Apêndice D Identificação de material 477 Identificando plásticos 477

Métodos de identificação 477

Nome comercial 477

Aparência 477

Efeitos do calor 478

Efeitos de solventes 478

Densidade relativa 483

Apêndice E Termoplástico 485

Plástico de poliacetal (POM) 485

Acrílico 487

Poliacrilatos 490

Poliacrilonitrila e polimetacrilonitrila 490

Acrilonitrila-estireno-acrilonitrila (ASA) 490

Acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) 490

Acrilonitrila-polietileno clorado-estireno (ACS) 491

Celulósico 491

Celulose regenerada 492

Ésteres de celulose 493

Nitrato de Celulose (CN) 493

Acetato de celulose (CA) 493

Butirato de acetato de celulose (CAB) 494

Propionato de cetato de celulose 495

Éteres de celulose 496

Poliéteres clorados 497

Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesxviii

Plástico de cumarona-indeno 498

Fluoroplástico 498

Politetrafluoroetileno (PTFE) 499

Polifluoroetilenopropileno (PFEP ou FEP) 501

Policlorotrifluoroetileno (PCTFE ou CTFE) 502

Floureto de polivinila (PVF) 503

Fluoreto de polivinilideno (PVDF) 504

Outros fluoroplásticos 505

Ionômeros 505

Plásticos de barreira de nitrila 508

Fenóxi 509

Polialômeros 509

Poliamidas (PA) 509

Policarbonatos (PC) 513

Polieteretercetona (PEEK) 515

Polieterimida (PEI) 515

Poliésteres termoplásticos 516

Poliésteres saturados 516

Poliésteres aromáticos 518

Poliimidas termoplásticas 518

Poliamida-imida (PAI) 519

Polimetilpenteno 520

Poliolefinas: polietileno (PE) 522

Polietileno de baixíssima densidade (VLDPE) 528

Polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) 528

Polietileno de alta densidade de massa

molecular (HMW-HDPE) 528

Polietileno de ultra-alta massa molecular (UHMWPE) 528

Ácido de Etileno 529

Acrilato de Etileno-etila (EEA) 529

Acrilato de Etileno-metila (EMA) 529

Acetato de etileno-vinila (EVA) 529

Poliolefinas: polipropileno 529

Poliolefinas: polibutatileno (PB) 532

Óxidos de polifenileno 532

Óxido de polifenileno (PPO) 533

Éter polifenileno (PPE) 533

Parilenos 533

Sulfeto de polifenileno (PPS) 534

Éteres poliarila 534

Poliestireno (PS) 534

Estireno-acrilonitrila (SAN) 537

Sumário xix

Estireno-acrilonitrila (olefina modificada) (OSA) 538

Plásticos de estireno-butadieno (SBP) 539

Estireno-anidrido maleico (SMA) 539

Polissulfonas 539

Poliarilsulfona 540

Polietersulfona (PES) 541

Polifenilsulfona (PPSO) 542

Polivinilas 542

Cloreto de Polivinila 544

Acetato de polivinila (PVAc) 545

Formal de polivinila 546

Álcool polivinílico (PVA) 546

Acetal de polivinila 546

Butiral de polivinila (PVB) 546

Dicloreto de polivinilideno (PVDC) 546

Apêndice F Plásticos termocurados 549

Alcides 549

Alílicos 550

Plásticos amino 553

Ureia-Formaldeído (UF) 554

Melamina-formaldeído (MF) 557

Caseína 558

Epóxi (EP) 560

Furano 564

Fenólicos (PF) 564

Fenol-aralquila 566

Poliésteres insaturados 566

Poliimida termocurada 572

Poliuretano (PU) 573

Silicones (SI) 575

Apêndice G Tabelas úteis 581

Apêndice H Fontes de pesquisa e bibliografia 591

Fontes de pesquisa 591

Bibliografia 592

Índice 595

xxi

Prefácio

Uso pretendidoEsta obra cobre todos os aspectos da tecnologia de plástico industrial, bem como os principais processos de fa-bricação, servindo como fonte indispensável para aqueles indivíduos envolvidos nos programas de tecnologia de polímero ou de tecnologia de plástico em escolas de ensino médio, escolas técnicas e universidades. Focado na natureza, este livro também será útil a profissionais que desejem rever o básico e permanecer atualizado sobre a tecnologia mais recente na fabricação de plástico.

O livroApresentado em uma sequência lógica, Plásticos industriais edifica tópicos a partir de fundamento crescente – cobrindo tudo da história do plástico até o percurso de um negócio de sucesso:

• OCapítulo1 fornece uma introdução histórica aos plásticos.• OCapítulo2 inclui atualizações extensivas no estado atual da indústria de plástico. Traçando o consumo nos

Estados Unidos dos principais materiais de plástico, reciclagem, descarte e organizações significativas dentro da indústria.

• OCapítulo3 trata a química elementar de polímero. Ele apresenta o básico sobre a química de plástico e po-límero em um contexto prático.

• OCapítulo4, em saúde e segurança, reflete a organização das Fichas de Segurança de Material (MSDS – Material Safety Data Sheets (MSDS). A intenção deste capítulo, que foi atualizado para refletir os padrões atuais, é ajudar os estudantes a tornarem-se adeptos da leitura e entendimento da MSDS para plástico.

• OCapítulo5, em estatística elementar, baseia-se em técnicas de gráficos em vez de teste de hipóteses.• OCapítulo6, em propriedades e testes, foi atualizado para mostrar as variedades atuais de equipamento de

teste.• OCapítulo7, em ingredientes de plástico, inclui uma nova seção sobre monocompósitos.• OCapítulo8, em seleção de plástico para aplicações específicas, busca explicar as diferenças entre os vários

graus de plásticos.• OCapítulo9, em maquinário e acabamento, trata os processos comuns para moldagem e polimento de pro-

dutos de plásticos.• OCapítulo10, em processos de moldagem, inclui uma nova seção sobre máquinas de moldagem por injeção

elétrica e híbrida. Ele continua para esboçar o tratamento de segurança de moldagem por injeção.• OCapítulo11, em extrusão, agora inclui várias fotos recentes de equipamento de moldagem de sopro de mul-

ticamadas e de filme soprado.• OCapítulo12, em processos de laminação, aborda as camadas de plásticos, papel, fibras de vidro e metal.• OCapítulo13, em processos e materiais reforçados, inclui numerosos processos para criar uma matriz de

reforços e plásticos fibrosos.• OCapítulo14, em processos e materiais de fundição, inclui várias novas fotografias de equipamento grande

de moldagem rotacional.• OCapítulo15, em termoformagem, trata os principais métodos para formar materiais em folha com forças de

vácuo, pressão e mecânicas.• OCapítulo16, em processos de expansão, aborda as técnicas para criar materiais espumosos. Ele inclui várias

fotografias novas de gramado artificial.• OCapítulo17, em processos de revestimento, refere-se à aplicação de revestimentos em substratos plásticos e

aplicação de plástico em substratos não poliméricos.

Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesxxii

• OCapítulo18, em fabricação, trata as técnicas tanto mecânicas quanto químicas.• OCapítulo19, em processos de decoração, inclui informações atualizadas sobre estampagem de folha quente,

bem como outras técnicas de decoração.• OCapítulo20, em processos de radiação, trata o crescimento no uso do processamento por radiação.• OCapítulo21, em projeto, inclui uma nova seção em estereolitografia.• OCapítulo22, em ferramenta e fabricação de molde, cobre as principais técnicas de execução em máquina.• OCapítulo23, em considerações comerciais, fornece cobertura atualizada de equipamento auxiliar.• OApêndiceA, o glossário, fornece definições de termos.• OApêndiceB, em abreviaturas, inclui nomes genéricos ou químicos para uma lista de abreviaturas atualizada.• OApêndiceC, em nomes comerciais, fornece os nomes comerciais, o nome correspondente dos plásticos e

o fabricante.• OApêndiceD, em identificação de material, oferece vários métodos para identificar plásticos desconhecidos.• OApêndiceE, em termoplásticos, contém material extensivo e uma lista completa de termoplásticos.• OApêndiceF, em termocurados, trata a maioria dos principais materiais termocurados.• OApêndiceG fornece tabelas úteis mostrando conversões de várias unidades.• OApêndiceH fornece contatos de muitas organizações e também uma bibliografia selecionada.

Esta edição de Plásticos industriais intensificará ainda mais a facilidade de uso e o aprofundamento de conteúdo.

Novo nesta edição

A última tecnologiaEsta edição de Plásticosindustriais:teoriaeaplicações fornece materiais atualizados em sites da internet em todos os capítulos, dados atuais da indústria de plásticos e tratamentos expandidos de tecnologias de engenharia, em particular, nanoplásticos, injeção de fluido, bioplásticos e protótipo rápido.

Pequisa na internetAo final de cada capítulo, há uma lista de sites relacionados aos temas do capítulo estudado. Essa lista guia os estudantes para encontrar mais informações em tópicos específicos. Cada site relacionado ao material encontra-do no capítulo intensifica o aprendizado para o leitor. Muitas dessas empresas fornecem discussões extensivas de seus materiais, processos e produtos em seu site. Os sites mais elaborados também incluem apresentações de fotos, vídeo e áudio.

Outras características

Atividades de laboratórioOnde aplicável, as atividades de laboratório estão incluídas ao final do capítulo. A filosofia das atividades de laboratório é aquela de que as aplicações são essenciais para o total entendimento de muitos conceitos teóricos. As atividades contêm abordagens experimentais, mas também incluem sugestões para investigações adicionais. Espera-se que os estudantes e professores desenvolvam as atividades de laboratório com o equipamento e mate-riais que tiverem disponíveis.*Os detalhes confidenciais e de propriedade destacados ou informação fornecida significam apenas um guia. Eles não devem ser tomados como uma licença para operar ou como uma recomendação para infringir quaisquer patentes.

Revisão de capítuloTodos os capítulos fornecem uma lista de vocabulário e questões de revisão para os estudantes usarem como um guia de estudo e para testar seus conhecimentos de conceitos importantes.

Prefácio xxiii

Sobre o autorErik Lokensgard é professor na Eastern Michigan University na School of Engineerin Technology. Além de ensi-nar, exerce atividade na Detroit Section of the Society of Plastics Engineers e tem fornecido treinamento a várias empresas de plástico na área de Detroit.

AgradecimentosO autor e a editora (da edição original) agradecem aos seguintes profissionais, cuja habilidade técnica e total revisão do manuscrito contribuíram para o desenvolvimento do livro revisado:

Dan Burklo, Northwest State Community College, Archibold, OHBarry David, Milersville University, Millersville, PAGeorge Comber, Weber State University, Ogden, UTDavid Meyer, Sinclair Community College, Dayton, OHMatthew Meyer, Ashville-Buncombe Technical College, Ashville, NCDan Ralph, Hennepin Technical College, Brooklyn Park, MNMike Ryan, University of Buffalo, Buffalo, NYNeil Thomas, Ivy Tech State College, Evansville, IN

1

Introdução

É bem difícil imaginar a vida sem os plásticos. Nas atividades diárias, contamos com artigos de plástico, como jarras de leite, óculos, telefones, produtos de náilon, automóveis e fitas de vídeo ou DVD. Contudo, pouco mais de cem anos atrás, os plás-ticos atualmente conhecidos, de uso corriqueiro, não existiam. Muito antes do desenvolvimento de plásticos comerciais, os poucos materiais conheci-dos exibiam características únicas. Embora fossem fortes, translúcidos, leves e moldáveis, apenas al-gumas substâncias combinavam essas qualidades. Atualmente, estes materiais são chamados plás-ticos naturais e são o ponto de partida para uma breve história dos materiais plásticos.

Este capítulo tem informações sobre as vanta-gens dos primeiros plásticos e as dificuldades en-contradas durante a sua fabricação. Os materiais e processos modernos serão inseridos em um con-texto histórico e, também, será demonstrada a for-te influência dos pioneiros da indústria de plásti-cos. Os temas incluídos são listados a seguir:

I. Plásticos naturaisA. Materiais córneosB. Goma-lacaC. Guta-percha

II. Primeiros materiais naturais modificadosA. BorrachaB. Celuloide

III. Primeiros plásticos sintéticos IV. Plásticos sintéticos comerciais

Introdução histórica aos plásticos

Capítulo 1

Plásticos naturais

O ponto de partida para esta seção é na Inglaterra Medieval, época na qual os sobrenomes ingleses indicavam profissões. Ainda hoje, algumas destas profissões são reconhecidas. Referências ocupa-cionais para nomes como Smith, Baker, Carpenter, Weaver, Taylor, Cartwright, Barber, Farmer e Hun-ter são óbvios. As origens ocupacionais de outros nomes, tais como Fuller, Tucker, Cooper e Horner1 são menos familiares.

Little Jack HornerSat in a cornerEating his Christmas pie;He put in his thumbAnd pulled out a plum,And said, “What a good boy am I.”2

Esta rima indica que Jack não era um rapaz po-bre ou faminto e que também não tinha de com-partilhar seu bolo de Natal com os outros membros de sua família. Ele degustou seu confeito especial sozinho. Aparentemente, o pai de Jack tinha uma boa renda. Em que trabalhava o pai de Jack, ou talvez seu avô? Ele era um “artesão de materiais

1 Smith (ferreiro), Baker (padeiro), Carpenter (carpinteiro), Weaver (tecelão), Taylor (alfaiate), Cartwright (carpinteiro de carroças), Barber (barbeiro), Farmer (fazendeiro) e Hunter (caçador), Fuller (operador de pisão), Tucker (pregueador), Cooper (tanoeiro) e Horner (artesão de materiais córneos). (NT)2 Um pequeno poema tradicional que pode ser traduzido, mas perdendo a rima original: “O pequeno Jack Horner / Sentou-se em um canto / Comendo seu bolo de Natal; Enfiou o seu dedão / E tirou uma ameixa, / E disse: “Que bom menino sou eu”. (NT)

Plásticos industriais: teoria e aplicações2

córneos” (ou do inglês, “horner”) – um homem que fazia pequenos itens de chifres, cascos e, ocasional-mente, a partir de carapaças de tartaruga.

A reação típica ao trabalho com materiais córne-os era de rejeição, por ser estranho, enfadonho ou repugnante. O ofício deste artesão era malcheiroso e, muitas vezes, desagradável. Atualmente, peças feitas com estes materiais só podem ser encontra-das em museus voltados para a história dos ofícios. No entanto, esse trabalho não foi sem importância com relação à indústria de plásticos. As propriedades únicas destes materiais estimularam a procura por substitutos. A busca por materiais córneos sintéticos levou à produção dos primeiros plásticos e o início da moderna indústria de plásticos.

Materiais córneosColheres, pentes e lamparinas eram produtos co-muns confeccionados por artesãos de materiais córneos na Inglaterra e na Europa durante a Idade Média. Colheres de chifre eram fortes e leves, não oxidavam, não eram corroídas, nem proporciona-vam um sabor desagradável aos alimentos. Pentes de chifres eram flexíveis, lisos, brilhantes e mui-tas vezes decorativos. Como visto na Figura 1-1, as lamparinas exploravam a qualidade translúcida destes materiais. Elas também podiam ser curva-das sem se quebrar e resistiam a impactos leves.

Nenhum outro material fornecia essa combinação de propriedades.

A confecção de objetos úteis a partir de polímeros naturais não começou na Idade Média. Um dos usos mais antigos conhecidos dos materiais córneos data dos tempos dos faraós do Egito. Há cerca de 2.000 anos A.C., antigos artesãos egípcios confeccionavam enfeites e utensílios para os alimentos, amolecendo carapaças de tartaruga em óleo quente. Quando o casco tornava-se suficientemente flexível, era molda-do na forma desejada. Eles aparavam todas as sobras grosseiras, raspavam, lixavam e, finalmente, os po-liam com pó fino até obter um alto brilho.

O antepassado de Little Jack Horner trabalhou de forma semelhante à dos antigos egípcios. Ele amole-cia pedaços de chifre de boi fervendo-os em água ou mergulhando-os em soluções alcalinas e os moldava em peças planas. Alguns chifres eram desbastados ao longo das linhas de crescimento, obtendo-se lâminas finas. Quando havia necessidade de peças mais espes-sas, várias lâminas mais finas eram fundidas. Assim que chegassem à espessura desejada, os pedaços de chifre eram comprimidos em moldes para criar uma forma útil. Algumas vezes, os artesãos tingiam as peças para fazê-las parecerem um caro casco de tartaruga.

Dois itens são particularmente importantes para esta história porque utilizam diferentes técnicas: pen-tes e botões.

Figura 1-1 – Esta lamparina mostra as janelas de material cór-neo. (Foto das Coleções do Museu Henry Ford e Greenfield Village)

Figura 1-2 – Este pente de casco de tartaruga bem preservado mostra somente um dente quebrado. (Foto das Coleções do Museu Henry Ford e Greenfield Village)

Capítulo 1 – Introdução histórica aos plásticos 3

Pentes. Alguns artesãos ingleses de materiais córneos emigraram para as colônias americanas e lá estabele-ceram seus pequenos negócios. Em torno de 1760, aqueles que trabalhavam com materiais córneos já estavam bem estabelecidos em Massachusetts. A ci-dade de Leominster, em Massachusetts, tornou-se um centro de negócios com pentes e assim ganhou o nome de comb city, ou cidade dos pentes.

Nas fábricas de pentes, artesãos serravam os chi-fres em pedaços achatados no tamanho desejado, fa-ziam os dentes utilizando serras finas, suavizavam as arestas, coloriam e poliam os pentes. A última opera-ção era chamada de flexão (ou bending). Uma fôrma de madeira era usada para moldar o pente amoleci-do, imprimindo-lhe uma curvatura que era mantida após o resfriamento.

A Figura 1-2 mostra uma fotografia de um pente feito de casco de tartaruga. Observe que vários den-tes estão ligeiramente arqueados. Mesmo nos pentes mais cuidadosamente confeccionados, os dentes fi-nos se quebravam com facilidade. Observe também que o pente é, em geral, uniforme na seção transver-sal. Normalmente, os pentes não eram estampados em relevo com motivos artísticos, porque cascos e chifres não são materiais que fluem com facilidade.

Embora os produtores de pentes, em Massachu-setts, desenvolvessem máquinas para mecanizar a produção, não conseguiam estabelecer uma produção estável. Isso não era culpa das máquinas, mas sim do material. Os grampos de fixação e os movimentos de corte exigiam peças de trabalho mais planas e unifor-mes. Com relação ao tamanho e à flexibilidade, os ma-teriais córneos não eram nem planos nem uniformes.

A falta de consistência dimensional, baixa “capa-cidade de fluxo” e o inerente desperdício provocado pela forma dos materiais córneos levaram os fabri-cantes de pentes a buscar substitutos.

Botões. Os fabricantes de botões de materiais cór-neos enfrentaram uma série de distintos problemas. Botões achatados eram moldados a partir de pedaços de chifre, recortados em esboços predimensionados e, em seguida, prensados em moldes aquecidos. No entanto, os clientes também queriam botões deco-rativos como complementos para as roupas finas. Botões de marfim feitos à mão estavam disponíveis há séculos, mas eram caros e de um só tipo. Com a

Figura 1-3 – Estes botões negros de material córneo mostram a possibilidade de se criar um relevo tridimensional com com-ponentes de moldagem córneos. (Foto da Coleção de Evelyn Gibbons)

finalidade de fazer gravações e motivos em relevo, o material de moldagem tinha de fluir facilmente no molde. Para conseguir isso, os artesãos desenvolve-ram pós de material córneo moído para moldagem. Os botões de material córneo consistiam quase sem-pre em cascos de vaca moídos e coloridos com uma solução aquosa. O pó desse material era derramado em moldes e comprimido, ou derramado no interior de lâminas. As lâminas eram cortadas em moldes va-zados com ferramentas similares aos tradicionais pe-quenos cortadores de biscoito. Os materiais contidos nestes espaços vazados eram então compactados em um molde para obter superfícies tridimensionais. A Figura 1-3 mostra dois botões de material córneo – um com relevo proeminente.

Os botões exigiam, ao contrário, propriedades fí-sicas não fornecidas pelo material. Eles eram muito espessos e fortes, mas sem dentes frágeis. O desejo de obter alternativas veio do trabalho real com os mate-riais córneos. O trabalho de retirar a massa de tecido e limpar a membrana viscosa do interior do chifre era sujo e acompanhado por fortes odores de chifres fervidos. Quando a goma-laca tornou-se disponível, os artesãos de materiais córneos cuidadosamente avaliaram suas qualidades.

Goma-lacaEm torno de 1290, quando Marco Polo retornou à Europa de suas viagens pela Ásia, trouxe a goma--laca. Ele encontrou a goma-laca na Índia, onde as pessoas já a utilizavam a séculos. Eles haviam desco-berto as propriedades únicas de um polímero natural proveniente de insetos, e não de chifres de vaca.

O polímero é produzido por um pequeno inseto rastejante chamado lac, nativo da Índia e sudeste da

Plásticos industriais: teoria e aplicações4

Ásia. A fêmea insere seu ferrão, semelhante a uma tromba em um galho ou pequeno ramo de uma árvo-re. Ela vive da seiva elaborada da planta hospedeira e exsuda um líquido espesso, que seca lentamente. Quando o depósito de líquido endurecido cresce, o inseto fica imobilizado. Após o macho fertilizar a fê-mea, ela aumenta as excreções de suco e é totalmente coberta. No interior deste depósito, ela coloca cen-tenas de ovos e finalmente morre. Quando os ovos eclodem, os insetos jovens comem sua cobertura e saem para repetir o ciclo.

A excreção endurecida tem propriedades únicas. Quando limpa, dissolvida em álcool e aplicada a uma superfície, gera um revestimento brilhante, quase transparente. O nome shellac (goma-laca) é descriti-vo porque vem de shell (do inglês, casco ou cobertura) e de lac. Além de ser usada como camada protetora para móveis e pisos, a goma-laca sólida era moldável.

Sob calor e pressão a goma-laca pode fluir nas re-entrâncias de moldes intrincados e detalhados. Como a goma-laca pura é fraca e frágil, foram desenvolvidos compostos contendo várias fibras para dar aos objetos moldados um pouco de resistência. Um dos primei-ros produtos feitos de goma-laca moldada foi o estojo daguerreótipo,3 mostrado na Figura 1-4. Sua manufa-tura nos Estados Unidos iniciou-se em 1852.

3 Aparelho fotográfico primitivo, inventado por Daguerre. (NT)

Figura 1-4 – Este estojo daguerreótipo, moldado em torno de 1855, contém goma-laca e pó de madeira. O detalhe é no-tável.

Além destes casos, a goma-laca era moldada em botões, teclas e isolantes elétricos. Em torno de 1870, o negócio de moldagem de goma-laca já estava bem esta-belecido. Na época em que os discos fonográficos eram feitos de goma-laca, as empresas ganharam um grande impulso. Materiais moldados em goma-laca podiam reproduzir com precisão os intrincados detalhes ne-cessários para a reprodução do som. Peças moldadas em goma-laca mantiveram um nicho na crescente in-dústria dos plásticos até os anos 1930, quando os plás-ticos sintéticos finalmente superaram suas qualidades.

Vários aspectos indesejáveis contrabalançavam as características desejáveis deste material. A quanti-dade e a qualidade da safra lac eram afetadas por in-setos predadores, chuvas insuficientes, variações de temperatura, ventos quentes e as regiões geográficas da Índia. Na seca, os agricultores colhiam os ramos hospedeiros dos insetos lac vivos e seus ovos. Eles ar-mazenavam a ninhada lac em covas e mantinham os gravetos e ramos molhados com água fria. Caso não fosse dada continuidade a esta tarefa pesada, o resul-tado seria a morte dos reprodutores lac.

Em condições normais, os agricultores coleta-vam os galhos incrustados de goma-laca após a larva deixar o abrigo. Em seguida, o resíduo endurecido era raspado e limpo. A limpeza não era um processo simples, por causa da areia, sujeira, insetos lac mor-tos, folhas e fibras de madeira.

Mesmo quando a goma-laca estava pronta para ser utilizada como revestimento ou pó de moldagem, os problemas persistiam. O maior era a absorção de umi-dade. Quando um objeto moldado ou reves timento de goma-laca fica úmido, absorve água. Quando imerso em água por 48 horas, o material absorve até 20% de água e apresenta uma coloração esbranquiçada. Mó-veis antigos apresentavam manchas de umidade cir-culares resultante da condensação de água gelada nos recipientes sobre eles depositados. A goma-laca tam-bém absorve umidade da atmosfera. Em ambientes com grande umidade, absorve-se água suficiente para esbranquiçar os acabamentos em goma-laca. A absor-ção de umidade pode provocar fissuras nos objetos moldados. Mesmo formas estáveis, tais como botões, rachavam em razão da absorção de umidade.

A cor da goma-laca não era consistente. As cores mais comuns – amarelo e laranja – dependiam do tipo de árvore infestada pelo lac. Para obter goma-laca

Capítulo 1 – Introdução histórica aos plásticos 5

branca, alvejantes com cloro eram usados para clare-ar a cor natural. No entanto, o processo de branque-amento também afetava sua solubilidade em álcool. A goma-laca branqueada frequentemente coalescia em uma goma, uma massa inútil.

Outro problema era o envelhecimento. Acaba-mentos e objetos moldados de goma-laca escureciam com o tempo. A goma-laca velha tornava-se insolú-vel em álcool. A goma-laca acabada quando armaze-nada em latas de aço também absorvia o ferro, o que a tornava cinza ou preta.

Estes problemas levaram os fabricantes a buscar alternativas. Novos plásticos começaram a substituir goma-laca durante os anos 1920 e 1930. Em respos-ta, os produtores de goma-laca tentaram melhorar as suas qualidades. Como a goma-laca continha vários polímeros, eles esperavam separar a fração de inte-resse por destilação fracionada. No entanto, esse es-forço não produziu um material que pudesse resistir à concorrência dos plásticos sintéticos.

Guta-perchaA Guta-percha é um polímero natural com proprie-dades notáveis. É produzida pelas árvores indígenas Palaquium gutta da península malaia. Em 1843, William Montgomerie informou que, na Malásia, a guta-percha era usada para fazer cabos de facas. O material era amolecido em água quente e comprimi-do manualmente na forma desejada. Seu relatório despertou o interesse no material e levou à formação da Guta Percha Company, que permaneceu ativa até 1930. Esta empresa manufaturava itens moldados.

As características da guta-percha são incomuns. Em temperatura ambiente, é um sólido. Pode-se mor-dê-la, mas não se quebra facilmente. Quando aqueci-

Figura 1-5 – O primeiro cabo transatlântico tinha um diâmetro global de 0,62 polegada e continha 1 libra de guta percha por todos os 23 pés de cabo. A quantidade de guta percha usada para o cabo inteiro foi acima de 260 toneladas.

da, pode ser esticada em longas tiras que não vão rico-chetear como a borracha. A guta-percha é altamente inerte e resiste à vulcanização. Sua resistência ao ata-que químico a torna um excelente isolante para fios e cabos elétricos. Quando longas tiras de guta-percha são enroladas em torno de um fio, o cabo resultante é flexível, impermeável e imune a ataques químicos.

O primeiro cabo telegráfico submarino atraves-sava o Canal Inglês de Dover para Calais. Seu sucesso deveu-se ao isolamento da guta-percha. Nos Estados Unidos, a Morse Telegraph Company instalou um cabo isolado com guta-percha cruzando o rio Hu-dson, em 1849. A guta-percha também protegeu o primeiro cabo transatlântico instalado em 1866. A Figura 1-5 mostra a utilização da guta-percha no primeiro cabo transatlântico.

Assim como outros materiais naturais, a guta--percha era inconsistente. A contaminação criava pontos no isolamento que eram de baixa resistência à eletricidade. Estes pontos eventualmente perdiam a capacidade de isolar, o que levava a um curto--circuito. Apesar desses problemas, ela permaneceu insuperável como isolante até o desenvolvimento de plásticos sintéticos nas décadas de 1920 e 1930. Só então a guta-percha tornou-se menos importante em aplicações elétricas.

Primeiros materiais naturais modificados

Era difícil coletar, armazenar ou purificar plásticos naturais. A utilização desses materiais em processos de fabricação era difícil. Qualquer material que tivesse potencial como um substituto para os materiais córneos

7 cabos de fios de ferro 18 feixes de 7 em torno do cabo

Envoltório de cânhamo curtido 7 cabos de cobre condutor

Guta percha

Cabo Atlântico, 1858

Visite a página deste livro na Cengage Learning Brasil e conheça também todo o nosso catálogo

Para suas soluções de curso e aprendizado, visite www.cengage.com.br

isbn 13 978-85-221-1187-9isbn 10 85-221-1187-1

9 788522 1118797 8 8 5 2 2 1 1 1 8 7 99

Esta obra cobre todas as facetas da tecnologia de plástico in-dustrial e os principais processos de fabricação. É uma fonte indispensável para qualquer estudioso envolvido em progra-mas de tecnologia de polímero ou de plástico.

Didático, abrangente e com vários exercícios, Plásticos indus-triais: teoria e aplicações apresenta uma sequência lógica dos tópicos, abordando tudo da história do plástico até o percurso de um negócio de plástico de sucesso. Fornece dados para pesquisa na internet em todos os capítulos, dados atuais da in-dústria de plásticos e tratamentos expandidos de tecnologias de engenharia, em particular, nanoplásticos, injeção de fluido, bioplásticos e protótipo rápido. Texto útil para profissionais que desejam rever os conceitos básicos sobre o tema e per-manecer atualizados sobre a última tecnologia na fabricação de plástico.

Aplicações: Cursos de Química, Engenharias Industrial, Química de Materiais e de Produção, e curso superior em Tecnologia de Materiais. É uma obra muito útil para disciplinas como estrutura e propriedades de materiais poliméricos, processamento de ma-teriais poliméricos e tecnologia de plásticos industriais .


Erik Lokensgard





Erik Lokensgard


Mecânica dos materiaisTradução da 7a edição norte-americana

James M. Gere e Barry J. Goodno

ciência e engenharia dos materiaisDonald R. Askeland e Pradeep P. Phulé

Química orgânica experimental: técnicas de escala pequenaTradução da 3a edição norte-americana

Randall G. Engel, George S. Kriz, Gary M. Lampman e Donald L. Pavia

outras obras

Erik Lokensgard


Plá

sticos in

du

stria

isTeoria e aplicações

Documents

Plásticos industriais – Teoria e aplicações: Tradução da 5ª edição norte-americana