Termofixos

propriedades e aplicaes

processos de moldagem

termofixos reforados

DEFINIO:

Os PLSTICOS TERMOFIXOS so polmeros de cadeia ramificada, para os quais

o endurecimento (polimerizao ou cura) consequncia de uma reao qumica

irreversvel que produz numerosas ligaes cruzadas, assumindo estruturas

tridimensionais reticuladas, podendo ser consideradas, aps a polimerizao,

como molcula ultra gigante, insolvel e infusvel.

Os termorrgidos, quando for necessrio, podem conter aditivos e podem ter

aplicaes como plsticos de engenharia como o caso dos polisteres insaturados

reforados com fibras de vidro.

Alguns polmeros termofixos de temperatura

industrial

resinas epoxdicas

resina de formol-formoldedo

resina de uria-formoldedo

resina de melanina-formoldedo

CIDO + LCOOL STER + GUA

So resinas resultantes da condensao de cidos carboxlicos com glicis,

sendo

classificados como resinas saturadas ou insaturadas, dependendo da ausncia

ou

presena de duplas ligaes entre os tomos de carbono que formam sua cadeia

molecular.

No caso de um polister de uso geral, estas componentes consistem usualmente do

cido ou anidrido ftlico, cido fumrico ou anidrido malico e propileno glicol

respectivamente.

Cada um desses componentes tem sua funo bsica na obteno de resina polister.

RESINAS POLISTERES

O cido insaturado fornece os pontos reativos para as ligaes cruzadas; cido

saturado determina o grau de espaamento ou concentrao das molculas do cido

insaturado ao longo da cadeia do polister; e o glicol proporciona os meios para a

esterificao e a ponte entre os cidos para formar o polmero.

usado tambm um monmero (estireno), cuja funo dissolver o polmero

formado durante a reao de estratificao e servir de copolmero de reao com

pontos de insaturao presentes na cadeia do polister.

RESINAS POLISTERES

FIGURA

FIGURA 3

CIDO SATURADOS

cidos saturados comunmente empregados so o cido ortoftlico na forma de anidrido e

seu ismero cido isoftlico, determinado duas classes de resinas: ortoftlicas e isoftlicas.

As resinas Ortoftlicas so mais rgidas que as Isoftlicas, devido a maior proximidade,

tanto dos grupos steres na posio orto, como tambm das insaturadas do cido

insaturado.

As resinas Ortoftlicas apresentam menor resistncia hidrolise, produtos qumicos e

propriedades mecnicas, devido a menor cadeia molecular e maior nmero de hidroxilas.

O cido adpico (tambm saturado) utilizado para a produo de resinas flexibilizadas,

devido a sua longa cadeia molecular.

FIGURA 1

cidos insaturados

O mais empregado o cido malico e seu ismero cido fumrico. O cido malico utilizado na forma anidra ( anidrido malico por apresentar

menos ponto de fuso e liberar menor quantidade de gua de condensao, determinando uma reao mais rpida).

A esterificao em presena de propileno glicol faz com que o anidrido malico

se transforme no seu ismero fumrico, de maneira que no existe grande diferena entre os produtos obtidos a partir de malico ou fumrico. Quanto maior a quantidade de malico ou fumrico em resina, maior ser sua reatividade.

Glicis

Os Glicis desempenham importante papel nas caractersticas do produto final, como:

flexibilidade cristalinidade absoro de gua sensibilidade ao calor inrcia qumica, etc.

cidos insaturados

O Propileno Glicol , quase universalmente, empregado na sntese de polister, por apresentar estrutura molecular assimtrica, conferindo ao produto final maior resistncia ao impacto em altas temperaturas, suplantando, na maioria das vezes, o etileno glicol (o mais simples dos glicis) que apresenta o inconveniente de dar origem a polisteres com tendncia cristalizao, devido incompatibilidade com o monmero de estireno.

O Neo-pentil-glicol (NPG) confere excelente caracterstica de resistncia

intempries (hidrlise e ultravioleta), em funo da proximidade do grupo metil (CH3) o grupo lcool (OH) que determinam uma proteo do grupo ster da resina contra hidrlise ( proteo estereoqumica).

Alm desses glicis, a industria do polister recorre ao uso de bisfenol A

produto que origina as resinas bisfenlicas. O bisfenol A reage, inicialmente, com xido de propileno, resultando o

bisfenol propoxilado que, posteriormente, ir reagir com cidos insaturados. O bisfenol A, tambm, utilizado juntamente com epicloridrina, modificados

com derivados acrilados, resultando estruturas denominadas ster vinlicas.

GLICIS

monmeros

Os monmeros so utilizados para a copolimerizao (interligao com os pontos de insaturao presentes na cadeia molecular do polister), formando uma ponte entre as mesmas, porm antes da interligao ou cura, o monmero possui a funo de solvente, fator que determina a reduo de viscosidade.

O vinil benzeno (estireno) o mais empregado para copolimerizao com

polister. Normalmente, so utilizados uma a duas molculas de estireno para cada molcula de cido insaturado presente na cadeia do polister. Este excesso assegura a obteno de um melhor grau de cura com interligao de todas as pontas reativas existentes, entretanto a concentrao do monmero no deve ultrapassar 50% em peso na resina, visto que, ocorre reaes paralelas estireno estireno (poliestireno termoplstico) reduzindo consideravelmente as valores de algumas propriedades mecnicas e qumicas.

Alm do monmero de estireno, outros monmeros insaturados podem ser

utilizados:

metil metacrilato que juntamente com o estireno, melhora a resistncia ao impacto e minimiza o aparecimento das fibras de vidro (por aproximao dos ndices de refrao resina/vidro).

alfa-metil-estireno, que reduz a reatividade, reduzindo o pico exotrmico.

INIBIDORES

As resinas polisteres so considerados materiais perecveis em funo de

possurem insaturaes, suscetveis a influncias energticas (calor, luz, perxidos, etc.)

A perecibilidade do material pode ser justificada pela grande mobilidade qumica do monmero, sendo que a energia liberada pelo simples choque entre molculas do monmero e a cadeia de polister suficiente para provocar a quebra da dupla ligao, e conseqente inicio da polimerizao.

Para que se possa conseguir alguma estabilidade, nessas resinas, necessrio

que sejam utilizados compostos para impedir, pelo menos por um perodo, esta polimerizao. Estes compostos devem ser adicionados desde o incio da fabricao das resinas, incrementando, assim, um maior tempo de vida no material. Os compostos utilizados com esta finalidade so classificados como inibidores, s ento so divididos em suas categorias: RETARDANTES e ESTABILIZANTES.

RETARDANTES: so compostos que suprime totalmente o andamento da

reao, uma vez que reagem com todo e qualquer radical livre formado, transformando-os em produtos radical aras de baixa reatividade.

Sua atividade no sofre influncia da baixa temperatura e esta limitada

quantidade em que est presente na resina, ou seja, aps o consumo de toda a quantidade de inibidor a reao prossegue normalmente. (Exemplo: benzoquinona)

ESTABILIZANTES

so compostos que suprimem parcialmente o andamento da reao, e sua atividade esta diretamente ligada temperatura.

Normalmente estes compostos so bastante ativos

em temperaturas baixas (at = 60C), porm em temperaturas mais altas, tornam-se completamente inertes.

Um exemplo de um composto estabilizante o

terc-butil catechol que em temperatura ambiente (= 35C) um inibidor (estabilizando o produto), j temperaturas elevadas (= 90C) perde seu efeito.

ESTABILIZANTES

MATERIAL MOLES X VOL. QUANTIDADE (KG x 10)

ANIDRIDO ( 2,0 x 148,1 ) 296,2ANIDRIDO MALICO (1,0 x 98,1) 98,1PROPILENO GLICOL (5% DE EXCESSO)

(3,15 x 76,1) 239,7

TOTAL DE CARGA NO REATOR 634,0PRODUO NO REATOR (634,0 x 90%) 570,6

PRODUO TOTAL ( 570,6 x/0,67 ) 851,6ESTIRENO USADO 281,0INIBIDOR USADO(HIDROQUINONA)

(851,6 x 0,01%) 0,0852

FORMULAO TERICA

Processos de transformao de

termofixos

1 - Introduo

A transformao do plstico reforado termofixo pode ser feito por uma

grande variedade de processos, variantes do processo bsico, que

consiste das seguintes etapas:

Incorporao

Dar forma ao composto reforo/resina

Cura da resina

2 TIPOS DE PROCESSOS

A) Processos de molde aberto

B) Processos de molde fechado

A: Processos de molde Aberto

So os processo em que apenas uma das faces da pea fica em contato

com o molde, tendo como conseqncia um acabamento rstico na

outra face.

Principais processos de molde aberto:

Moldagem manual (Hand Lay Up)

Bobinagem

Bolsa de vcuo, de presso e autoclave

Laminao contnua

centrifugao

Moldagem manual (Hand Lay UP) Principais etapas: Molde: normalmente feito de plstico reforado, a partir de um modelo em escala 1:1 da pea

a ser fabricada. Preparao do molde: para permitir a desmoldagem da pea, aplicada superfcie do

molde um agente desmoldante, normalmente base de cera de carnaba ou ento uma soluo de lcool polivinilico.

Aplicao do Gel Coat: aplica com uma pistola especial ou pincel uma camada de cerca

de 0,4 mm de espessura de gel coat, devidamente adicionado de acelerador e catalisador adequados.

Laminao: aps o gel atingir o estgio gelatinoso e antes mesmo de curar complemente,

iniciada a laminao propriamente dita. Camadas de reforo, sob a forma de mantas , tecido ou roving picado so depositadas

sucessivamente sobre o gel coat, sendo ao mesmo tempo impregnadas com a resina j aditivada com agentes de cura e cargas, com auxilio de pincel e roletes prprios, compactando as camadas entre as mesmas.

Tempo de cura: o tempo em que a pea deve permanecer no molde at a cura completa

da resina, variando de acordo com a temperatura ambiente. Desmoldagem e acabamento: a pea retirada do molde, rebarbada e preparada para

pintura, se necessrio.

molde

filme

Gel coat Reforo

Resina

Rolo

PROCESSO HAND LAY UP

LAMINAO POR PISTOLA (SPRAY UP)

Este processo constitudo das mesmas etapas da moldagem manual, diferindo apenas na execuo da laminao propriamente dita, que feita por meio de um equipamento que asperge a fibra e a resina sobre o molde

feita com o auxilio de um equipamento que lana sobre o molde a fibra de vidro picada, a resina e o catalisador, atravs de uma pistola dotada de um picador de roving e bicos pulverizadores de resina e catalisador.

A mistura de resina pr-acelerada com catalisador feita externamente pistola, pulverizando o catalisador contra o fluxo de pulverizao da resina, que por sua vez arrasta as fibras picadas para o molde.

Este processo aplicvel produo de pequenas sries e- ou peas de grande porte. Bolsa vcuo, Bolsa de Presso e Autoclave. Estes processos so similares moldagem manual em todas as etapas, diferindo apenas no final da

laminao em que aplicada presso sobre o laminado, sob a forma de uma bolsa de vcuo ou de presso, com o objetivo de compactar melhor as camadas e melhorar a regularidade da espessura.

Laminao: feita da mesma maneira que na moldagem manual, at a disposio da ultima camada do

laminado, quando ento feita a compactao por um dos trs sistemas: Bolsa de Vcuo, Presso e Autoclave.

Bolsa de vcuo

Sobre o laminado colocado um filme desmoldante permevel resina (peel-ply), no qual aplicada uma manta de material absorvente (bleeder), coma finalidade de absorver o excesso de resina.

Por ultimo aplicado um filme de PVA que constitui a bolsa de vcuo. Para melhor resultado, aconselhvel utilizar, aps o bleeder, um filme desmoldante impermevel, seguido de uma manta de material bastante permevel ao ar (breather), com a finalidade de facilitar a sada do ar preso entre as camadas do laminado.

O sistema de bolsa de vcuo muito utilizado pela indstria aeronautica, onde pequenas sries de produo exigem peas prensadas, porm no justificando o alto custo de moldes metlicos.

PVA BAG OR FILM

LAMINATE

HAND HELD

PADDLE OUT AIR

IN LAMINATE

VACCUM LINE

RESIN SURGE

BOOTLE

BLEEDER

MOLD

CLAMPS

LAMINATE

MOLD

BLEEDER PVA FILM

TRAP

CLAMP

BOLSA DE PRESSO

A laminao feita da mesma maneira que a moldagem manual, aps o qual aplicada presso sobre o laminado atravs de uma bolsa de presso constituida por um filme elastomrico antiaderente em relao resina de moldagem.

A presso mantida durante todo o tempo de cura. Este processo

empregado quando se faz necessrio uma melhor compactao do laminado, uma melhor regularidade na espessura, dificuldade do macho e quando o volume de produo no justifica o investimento em moldes metlicos.

Pressure Bag

molding

autoclave

o mesmo processo de bolsa a vcuo, sendo que, aps a montagem da bolsa de

vcuo, todo o sistema colocado dentro de uma Autoclave com presso

variando de 7 a 14 Kg/cm2 e com elevao da temperatura ambiente para cura

da resina.

Este processo normalmente utilizado na moldagem de peas de alto

desempenho como, por exemplo, componentes estruturais para a indstria

aeronutica.

Na laminao utilizando autoclave, as camadas geralmente so constitudas de

tecidos de fibras de alto desempenho (carbono, aramida, vidro S) previamente

impregnadas com a resina e parcialmente curadas (pre-preg)

Autoclave molding

BOMBA DE VCUO BOMBA DE

PRESSO

centrifugao

Centrifugao o processo que utiliza a fora centrifuga para a compactao das camadas do laminado, na produo de corpos cilndricos de dimetro e comprimento limitados. Utiliza como molde a superfcie interna de um corpo cilndrico.

O laminado preparado por processos similares aos j descritos, sobre a

superfcie interna do cilindro, sendo imprimida a este alta velocidade de rotao, at que se complete a cura da resina.

Processo aplicvel a produo seriada de corpos cilndricos, como tambores e

tubos curtos, com boa regularidade de espessura e boa qualidade de moldagem com baixo investimento.

Centrifugal molding

4

1

2

3

Bobinagem

o processo empregado na produo de tubos reservatrios cilndricos e vasos de presso, utilizando uma mquina de bobinagem prpria para este fim.

Consiste no enrolamento de cabos de filamentos contnuos (roving) de

fibra de reforo sobre um mandril previamente preparado com desmoldante, que serve como molde.

Os cabos de reforo antes de serem enrolados no mandril passaram por

um banho de resina j aditivada com catalisadores e cargas necessrias.

Este processo adequado produo desde tubulaes de pequeno dimetro, passando por tubulaes para altas presses, at reservatrios de grande porte com dimetros superiores a 10 m.

PROCESSO FILAMENT WINDING

TENSIONER

AXLE

MOTOR

GEAR BOX

RESIN BATH

SHUTTLE

CHAIN

DWELL

TRACK

ROVING

PART

STROKE

DRIVE LINK ON

CHAIN

Laminao contnua

Processo utilizado na produo contnua de laminados, empregando equipamento com grande capacidade produtiva.

O equipamento empregado consiste de uma esteira rolante na qual

desenrolado um filme desmoldante (celofane), sobre o qual so depositados continua e mecanicamente camadas de manta de fibra de vidro, intercaladas com resina distribuda uniformemente

PROCESSO DE LAMINAO

CONTNUA

CELLOPHANE

TRACK

SQUEEZE ROLLS

CELLOPHANE

OSCILLATING RESIN APPLICATORS

MATROLL

PROCESSOS DE MOLDE FECHADO

So processos que utilizam moldes macho e fmea onde o composto de moldagem

submetido a uma presso que garante a perfeita compactao das diversas camadas do

laminado.

A cura da resina nos processos de molde fechado pode ser feito frio ou quente, conforme

a convenincia determinada pela relao custo de ferramenta/produtividade.

TIPOS DE PROCESSOS DE MOLDE FECHADO:

Prensagem a frio

Prensagem a quente (BMC e SMC)

Injeo de resina (RTM)

Pultruso

MATCHED DIE MOLD

EJECTOR PIN

CAVITY

EJECTOR

ROD

FORCE

EJECTOR PLATE

LOWER PLATERN

EJECTOR HOUSING

Prensagem a frio

o processo mais simples de prensagem, empregado para pequeno volume de produo, que no justifica o investimento em moldes metlicos.

Molde: macho e fema, podendo ser feito de resina epoxi ou em muitos casos at mesmo

de polister, com reforos e cargas minerais. Preparao do molde: o mesmo do processo de moldagem manual. Enchimento do molde: so distribuidas camadas de reforo, sob forma de mantas,

tecidos ou pr-formas, conforme o desempenho esperado para o produto final. A resina previamente adicionada dos agentes de cura necessrios, cargas e pegmentda, derramada entre as camadas de reforo. No necessrio utilizar gel coat.

Prensagem: pode ser feitas em prensas manuais de baixo custo, onde aplicada a

presso suficiente para fechar completamente o molde, fazendo a resina fluir impregnando as fibras e explulsando o ar. A presso mantida at a cura completa da resina.

Desmoldagem: aps a cura, a pea desmoldada e so retiradas eventuais rebarbas.

Prensagem a quente

So processos de alta produtividade que exigem altas presses de moldagem e temperatura para a cura da resina.

Neste processo, o composto de moldagem, reforos previamente misturados com resina,

cargas, catalisadores e desmoldante interno, preparado anteriormente ou at mesmo fornecido ao fabricante de peas.

De acordo com as caractersticas do composto de moldagem, a prensagem a quente divide se em dois outros processos: BMC e SMC.

Em BMC, o composto constituido de fibras curtas, at 3mm de comprimento e

apresneta-se sob a forma de uma massa, composta de cerca de 20% de fibras, 50 a 60% de aditivos tais como cargas, pigmentos e desmoldanes interno e 20% de resina polister.

Moldagem do BMC: feita em moldes metlicos, com aquecimento a presses acima de 10 kg/cm2. O tempo de desmoldagem cerca de 3 min., correspondentes cura da resina.

O BMC largamente empregado na produo de peas pequenas com espessura telativamente grandes, tais como isoladores eltricos e pequenas peas para todos os setores indstriais.

Em SMC, o composto constituido de fibras com comprimento entre 100 e 150mm,

apresentando-se sob a forma de mantas, contidas entre filmes de celofane.

Em SMC, o composto constituido de fibras com comprimento entre 100 e 150mm, apresentando-se sob a forma de mantas, contidas entre filmes de celofane.

A composio aproximada de 20 a 30% de fibras, 50 a 60% de cargas,

desmoldante interno e aditivos, e 20 a 30% de resina polister. Moldagem por SMC: camadas do composto de moldagem so colocadas no

molde e prensadas a quente a presses superiores a 20 kg/cm2. O tempo de desmoldagem de cerca de 3 min., correspondentes cura da resina.

Trata-se de um processo de alta produtividade, muito empregado na produo de

peas industriais, principalmente para a indstria automobilstica. Para a amortizao dos custos de ferramental recomendada a quantidade mnina

de 4000 peas por molde.

Injeo de resina RTM

Consiste de um processo de maior produtividade, com baixo investimento em equipamentos e ferramental.

MOLDE: macho e fmea, podendo ser feito de plstico reforado. Preparao de molde: idntico ao processo de moldagem manual. Enchimento do molde: so distribudas camadas de reforo, sob a forma de mantas,

tecido ou pr-formas, conforme o desempenho esperado para o produto final. Aps a distribuio de reforo, o molde hermeticamente fechado e a resina

catalisada e aditivada com cargas e pigmento injetada com o auxilio de equipamentos prprio, com a presso suficiente para impregnar todo o reforo, preenchendo totalmente o molde.

o bocal de injeo mantido fechado at a cura da resina. Cura da resina: A resina pode ser formulada para ser curada a quente ou a frio,

dependendo da produtividade desejada, ou das exigncias tcnicas. A cura a quente pode ser feita em poucos minutos.

Desmoldagem: idntica a prensagem a frio. O processo de injeo de Resina RTM, aplicvel produo em srie de peas

industriais de dimenso incompatveis com os processos de prensagem, sendo tambm compatvel com menores volumes de produo pelo baixo custo de ferramental.

Injection molding of thermosets

Pultruso

o processo de produo contnua de perfis de plstico reforado, utilizando equipamento prprio.

O equipamento continuamente alimentado com os reforos, sob forma de

rovings, mantas ou tecidos, que passam por um banho de resina, onde so impregnados e livrados do excesso de resina, passando em continuao por um pr-molde que d ao conjunto uma forma prxima geometria final da pea, preparando-a para entrar no molde.

Durante o percurso no interior do molde aquecido, acontece a cura da

resina, saindo continuamente na outra extremidade do molde o perfil acabado.

um processo de alta produtividade que exige algum investimento em

equipamento, ferramental e instalaes.

CONTINUOUS PULTRUSION PROCESS

RESIN

BATH OVEN

DOCTOR

BLADE

PULL ROLLS CUT OFF

DIE ROVING

SUPPLY

GELTIME CURVES POLYESTER RESIN ROOM T.

PROMOTED W / 0,1% COBALT NAPTHANATE

TESTS