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Polímeros: Processamento Noções de reologia dos polímeros Reologia → tensão aplicada Tensão aplicada é a pressão Resposta é uma deformação e fluxo contínuo Fluxo depende das características de cisalhamento do material. Fluidos Newtonianos: a velocidade independe da taxa de cisalhamento Fluidos Não Newtonianos: a velocidade depende da taxa de cisalhamento Polímeros: Processamento Noções de reologia dos polímeros Polímeros: Processamento Noções de reologia dos polímeros Caracterização reológica dos polímeros (formulação polimérica): Processo de transformação adequado Possíveis falhas de processamento Defeitos nos produtos que são essencialmente de origem reológica Polímeros: Processamento Extrusão Injeção Extrusão-sopro Injeção-sopro Termoformagem Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Aplicações: Produtos como barras, fitas, mangueiras, tubos, perfis, filmes, etc Chapas e “parison” para outros processos de transformação Homogeneização de aditivos Obtenção de grânulos (virgens ou processados) Vantagens: Produção elevada e contínua Menor consumo de energia (por volume de material produzido) Facilidade de manutenção e operação Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Componentes principais de uma extrusora 1. Funil de alimentação 2. Rosca (parafuso sem fim) a. Alimentação b. Compressão ou transição c. Medição ou dosagem 3. Cilindro (ou canhão) No fim do cilindro encontram-se peneiras e um disco perfurado 4. Matriz (ou cabeçote) Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Componentes principais de uma extrusora 1. Funil de alimentação É montado no início do cilindro e tem como função armazenar o material, conduzindo-o ao cilindro. A alimentação pode ser por simples gravidade (pode gerar engasgo) ou por um parafuso de alimentação, com vazão compatível com a descarga. Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Componentes principais de uma extrusora 2. Rosca (parafuso sem fim) A rosca: tem como função transportar o polímero através do canhão que é aquecido por mantas elétricas. O polímero é misturado (homogeneizado) e modelado. Altas pressões são geradas durante o transporte (processo de fusão e mistura da massa polimérica). Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Componentes principais de uma extrusora Desenho adequado da rosca: geometria – às condições especificadas do produto: fusão, homogeneização e transporte do material. Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão a. Zona de Alimentação Os grãos plásticos caem na zona de alimentação, a qual leva o material até uma certa distância enquanto eles são aquecidos por condução e atrito mecânico até que estejam amolecidos. Nesta zona o canal do parafuso geralmente possui uma seção transversal constante. Apresenta um maior comprimento para polímeros cristalinos os quais requerem maior calor para fundir, e mais curta para plásticos amorfos os quais requerem menos calor, como vinis plastificados, os quais podem ser comprimidos imediatamente após a sua entrada na extrusora. Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão b. Zona de Compressão (ou zona de plastificação) Contém a transição entre os grãos peletizados e o fundido contínuo. Calor é produzido por trabalho mecânico, e mais é adicionado por condução através da carcaça, quando necessário. Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão c. Zona de Medição ou Dosagem Possui uma seção transversal constante, mas apresenta uma profundidade de canal menor. Nela o polímero é misturado e cisalhado para produzir um fundido de temperatura e composição uniformes. A maior parte do cisalhamento é realizado nesta zona. Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Componentes principais de uma extrusora 3. Cilindro (ou canhão) É o corpo da extrusora, responsável pelo suporte da máquina e pelo aquecimento. É fabricado em aço liga nitretado para resistir a altas temperaturas e pressões. O aquecimento é por resistências elétricas. A temperatura aumenta progressivamente e é controlada por termopares. Existem camisas para eventual refrigeração (a ar ou água) Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Componentes principais de uma extrusora 4. Matriz (ou cabeçote) É conectada com o cilindro e tem função de fornecer a forma do produto final (tubos, filmes, etc) Deve ser projetada para dar fluxo uniforme ao material, sem pontos mortos onde o material possa se acumular e degradar. Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Fatores que podem ser variados na extrusora: Diâmetro (D) e comprimento (L) da rosca, ou seja, razão L/D Passo da rosca Profundidade do canal da rosca Velocidade rotacional da rosca Forma da matriz e da grelha T do canhão, rosca e matriz Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Influência das propriedades dos polímeros Pseudoplasticidade O grau de cristalinidade e a velocidade de cristalização Estabilidade térmica do polímero Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Requisito das extrusoras Exigências para todas as roscas → extrusoras Avanço constante, sem pulsação Produção de um fundido homogeneizado térmica e mecanicamente Processamento do material abaixo de suas faixas limites de degradação térmica, química e mecânica Ponto de vista econômico: produção em grande escala com baixo custo Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Aplicações: Tubos Geralmente feitos de PVC, ABS, PS, PE. Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Aplicações: Tubos Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Aplicações: Chapas PS de alto impacto é o mais usado. HDPE, PVC e ABS. Chapas ¼ mm de espessura (abaixo disso é filme). Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Aplicações: Filmes PE, PP (orientado e não orientado), PS, Nylon, PVC PEBDL PEAD Polímeros: Processamento Moldagem por Extrusão Aplicações: Coberturas de fios e cabos Polímeros: Processamento Moldagem por Injeção Polímeros: Processamento Moldagem por Injeção Moldagem por injeção é um processo cíclico de transformação de termoplásticos e abrange as seguintes etapas: Transporte do Material Aquecimento e fusão da resina Homogeneização do material fundido Injeção do extrudado no interior da cavidade do molde Resfriamento e solidificação do material na cavidade Ejeção da peça moldada Fusão do polímero Homogeneização e injeção do fundido dentro do molde Resfriamento do molde Ejeção da peça Polímeros: Processamento Moldagem por Injeção Moldagem por injeção abrange as seguintes etapas: Transporte do Material Aquecimento e fusão da resina Homogeneização do material fundido Injeção do extrudado no interior da cavidade do molde Resfriamento e solidificação do material na cavidade Ejeção da peça moldada Polímeros: Processamento Moldagem por Injeção Unidade de injeção Funil de Alimentação Canhão (Cilindro) Rosca (Parafuso) Elementos de Homogeneização sobre a rosca Válvula de Não-Retorno (na extremidade da rosca) Bico de Injeção Aquecimento do Canhão Guia e Acionamento da Unidade de Injeção Polímeros: Processamento Moldagem por Injeção Para se conseguir bons resultados nas peças moldadas, deve-se manter sob controle as variáveis: Pressões (injeção, recalque e contra pressão) Temperaturas (cilindro, massa e molde) Velocidade de injeção Rotação da rosca Polímeros: Processamento Moldagem por Injeção Polímeros: Processamento Moldagem por Injeção Molde Um item fundamental para uma boa moldagem de um determinado plástico é sem dúvida o molde, no que concerne ao seu projeto e material com o qual foi construído. Um projeto mal feito ou um material mal definido, podem ser os responsáveis por inúmeros problemas frequentemente observados na moldagem por injeção, como tensões residuais, manchas, peças queimadas,etc. Polímeros: Processamento Moldagem por Injeção Molde - Pontos de Entrada de Injeção * Peças grandes que necessitam de vários pontos de entrada, estes devem estar próximos o bastante para evitarem perda de pressão; * Para evitar aprisionamento de gases, o fluxo do material a partir do ponto de entrada deve ser dirigido para as saídas de gases; * Os pontos de entrada devem estar localizados em local de pouca solicitação da peça; * Os pontos de entrada devem estar localizados de tal forma a minimizar linhas de emenda. Polímeros: Processamento Moldagem por Injeção Vantagens do Processo Peças podem ser produzidas com altas taxas de produtividade Produção de peças de grandes volumes Custo de mão-de-obra é relativamente baixo O processo é altamente suscetível à automação Peças requerem pouco ou nenhum acabamento As peças podem ser moldadas com insertos metálicos Desvantagens do Processo Competição acirrada oferece baixa margem de lucro Os moldes são muito caros A qualidade das peças é difícil de ser determinada imediatamente Falta de conhecimento dos fundamentos causa problemas Polímeros: Processamento Moldagem por Injeção Polímeros: Processamento Moldagem por Termoformagem O processo de transformação plástica através da termoformagem consiste em aquecer chapas de plástico de diversos tipos de materiais e espessuras; através de máquinas termoformadoras a peça desejada é formada em torno de um molde. O aquecimento da lâmina pode ser feito por contato, convecção ou radiação infravermelha. Em seguida, a placa amolecida é puxada ou pressionada para o interior do molde. Polímeros: Processamento Moldagem por Termoformagem É uma técnica ideal para produção de peças descartáveis, com paredes delgadas ou de grandes dimensões, pois possibilita a utilização de moldes de baixo custo. Através da termoformagem são obtidos artefatos como: Portas e compartimentos de refrigeradores e freezers Copos descartáveis Brinquedos Partes de máquinas de lavar pratos Piscinas Embalagens transparentes Peças para indústria automobilística e aeronáutica Polímeros: Processamento Moldagem por Termoformagem A termoformagem pode ser realizada das seguintes maneiras: A vácuo Por pressão Mecanicamente Polímeros: Processamento Moldagem por Termoformagem O processo de Termoformagem passa por três etapas principais: 1- Após o material entrar na máquina, passa por um aquecimento até atingir certa temperatura na qual começa a escoar. Neste momento o material está com uma viscosidade tal que permite ser moldado. 2- Na segunda etapa o material plástico é disposto sobre um molde. Simultaneamente uma bomba de vácuo é acionada. A sucção causada pelo vácuo através do molde (que tem muitos furos de pequeno diâmetro para permitir a sucção) faz com que o material plasticamente ativado tome a forma do molde. Polímeros: Processamento Moldagem por Termoformagem 3- Após a desmoldagem a peça gerada pode passar por um corte para subdividir a chapa inicial em produtos de tamanho adequado às necessidades em questão. Polímeros: Processamento Polímeros: Processamento Moldagem por Termoformagem Polímeros: Processamento Sopro O processo de moldagem por sopro consiste basicamente de 3 estágios que podem ocorrer simultaneamente ou não, dependendo do equipamento: Fusão ou plastificação da resina Formação do parison ou pré-forma Sopro do parison num molde para obter o produto final. Matérias-primas: PEA, PP, PVC, PET, PS, PC, Nylon. Características dos produtos soprados: Tenacidade Peso reduzido Resistência química Excelente processabilidade Custo reduzido Polímeros: Processamento Sopro Métodos de moldagem por sopro: 1. Extrusão-sopro 2. Injeção-sopro Polímeros: Processamento Extrusão - Sopro O polímero é extrudado através de uma matriz anular Tubo de parede fina Ar comprimido é fornecido através do mandril interno da matriz Mantém a tubulação inflada soprando o tubo até um diâmetro maior Polímeros: Processamento Extrusão - Sopro Polímeros: Processamento Extrusão - Sopro Polímeros: Processamento Injeção - Sopro É considerado como um desenvolvimento do processo de moldagem por extrusão-sopro. O processo requer 1º a injeção de uma pré-forma num molde de injeção e então (com ligeiro resfriamento) o sopro desta pré-forma em molde normal de sopro. Segue-se então as etapas tradicionais da moldagem por extrusão-sopro, que são o resfriamento e a ejeção da peça. Como no processo de moldagem por injeção-sopro necessita-se de 2 moldes isto representa um custo adicional quando comparado com extrusão-sopro. Polímeros: Processamento Injeção - Sopro Um dos objetivos do processo é o de orientar bi-axialmente as moléculas de materiais que têm dificuldade para a biorientação no processo de extrusão-sopro convencional. As moléculas são mono-orientadas ou alinhadas na injeção, e são bi-orientadas no sopro. Polímeros: Processamento Injeção - Sopro Vantagens da moldagem por injeção-sopro: Não tem aparas no fundo Não apresenta rebarbas laterais no pescoço e no gargalo. Maior precisão no gargalo. Não necessita da presença integral do operador. Excelente controle de espessura de parede pelo design da pré-forma. Excelente controle de peso da peça pelo controle de volume na injeção. Maior economia da matéria-prima. Superfície mais brilhante e sem linhas de fluxo. Bi-orientação do material, permitindo maior resistência mecânica e menor permeabilidade a gases com a mesma espessura de parede. Maior facilidade para soprar peças de formas assimétrica. Maior resistência ao stress cracking. Polímeros: Processamento Injeção - Sopro Matérias-primas mais processadas por injeçãosopro: PET, PS, PVC, PC, PP e PE
