Determinação do polímero

O polímero baseado para a construção do equipamento é o Polipropileno (PP), devido as suas características satisfatórias para implementação do estudo do processamento termoplástico dos polímeros, o PP é o segundo polímero mais utilizado na indústria segundo Hemais (2003), analisando esse fator podemos afirmar que o equipamento abrange uma grande variedade de estudos futuros possíveis para o âmbito universitário. A grande utilização do PP deve-se ao baixo custo do material, melhores características de preço/produção dos polímeros termoplásticos (SZAZDI, et al, 2005), à baixa densidade mesmo comparado a ouros polímeros, e a sua infinidade de diferentes aplicações, o que está ligado a facilidade de criar compósitos a partir do PP (SHIRAZI E JANGHORBAN, 2012), esse polímero possui ótimas qualidades quando aplicado ao processo de injeção, essa característica se salienta pois o polímero pode apresentar diferenças na sua microestrutura devido ao processo, por exemplo, se existir uma energia de cisalhamento muito intensa dentro do barril , o produto final irá apresentar uma camada superficial diferente do núcleo da peça, e sua espessura depende dessa energia, e quanto maior a energia, maior será a camada, denominada pele, assim como essa característica, o PP pode apresentar outras peculiaridades dependentes dos parâmetros do processo, podendo ser aplicado maiores estudos baseados no comportamento do material no processo.

O polipropileno quando aplicado ao processo de injeção apresenta uma morfologia heterogênea devido as diferentes ações que ocorrem no polímero durante a injeção, tais como a força de injeção, a contra pressão, o inchamento do polímero, e demais comportamentos já mencionados anteriormente, a taxa de cisalhamento do processo implica nesse quesito, e determina as propriedades do produto final. (VIANA et al, 2004)

Após determinar o polímero a ser processado, foi determinada a melhor geometria recomendada para o melhor aproveitamento da produção, reduzindo

custos, desperdícios, e tempo de processo e preparação, para a rosca desse equipamento escolhemos o modelo apresentado por Manrich, na figura 14, outro ponto que deve ser destacado, é que para esse equipamento hibrido, deve-se utilizar as características de construção do equipamento de injeção, pois o mesmo gera maiores pressões e tensões no barril e na rosca, porém alguns cálculos de rotação e potencia podem ser aplicados segundo teoria mencionada nos capítulos de extrusão. Então ao dimensionarmos o equipamento atendendo as características para injeção e extrusão, atenderemos as requisições para o projeto.

Dessa forma para dimensionar a rosca utilizamos a relação L/D = 24:1, recomendado por Manrich e Canevarolo. Para estimar o comprimento da rosca, consideramos as dimensões do forno do laboratório de tratamento térmico da UTFPR campus Pato Branco, assim estimamos o diâmetro da rosca de Injeção/Extrusão com 12mm, o comprimento útil da rosca com 288 mm e comprimento total de 340 mm, h1 = 3mm, hlenta = 2,4mm e h2 = 1mm, a partir dessas

dimensões podemos dimensionar alguns outros componentes do equipamento. A ponteira da rosca foi dimensionada no formato cônico com um diâmetro da base de 11mm, e com roscamento em seu rebaixo para fixação na rosca com um fuso usinado com sentido contrario ao sentido de rotação do equipamento, dessa forma, caso exista alguma folga, será melhor fixada conforme a rotação. Para determinar a rotação aplicada a cada processo utilizamos a equação 7 conforme descrito, onde utilizamos a altura da crista na região de controle da rosca, h2=1mm, o diâmetro da rosca D=12mm, assim encontramos a rotação n:

𝑁 = 100∙1∙60

𝜋∙12∙1 = 160 𝑟𝑝𝑚 (7)

Partindo dessa variável temos para a potencia mínima que deve ser aplicada aplicada seguindo a equação 8 , onde a rotação por minuto N é igual ao quadrado do fator de proporcionalidade Kpp do polipropileno de 66,7 multiplicado

pela potencia Pot; dividido por 𝜋 vezes o cubo do diâmetro D, rearranjando temos a equação 8:

𝑃𝑜𝑡 = 𝑁∙𝜋∙𝐷3

Kpp2 = 195 𝑊 = 0,195 𝑘𝑊 (8)

Como sequencia devemos estudar qual a capacidade de injeção do equipamento, para poder dimensionar corretamente o barril, e sem exigir demais do equipamento devido sua dimensão relativamente pequena, portanto, usei o software CAD 3D, Solidworks 2015, para modelar os corpos e prova nos moldes, e assim

poder estimar a real necessidade de produto a ser processado, seguindo as dimensões segundo ASTM, esses moldes tem como objetivo a fabricação dos corpos de prova específicos para polímeros considerando as determinações da ASTM D638-03 e ASTM D790-03, sendo o primeiro modelo para ensaio de tração, e o segundo para ensaio de impacto, onde o entalhe deve ser obtido após o corpo de prova ser extraído do molde, as figuras 26 e 27 exemplificam detalhes do dimensionamento dos corpos de prova.

Figura 26 - Corpo de prova para ensaio de impacto para polímeros.

Fonte: Adaptado de ASTM D790-03, 2004.

Figura 27 – Corpo de prova para ensaio de tração para polímeros.

Fonte: Adaptado de ASTM D638-03, 2004.

O Software Solidworks possui uma ferramenta de medição, que possibilita a medição exata dos componentes modelados, dessa forma encontramos as seguintes dimensões para corpos de prova nos moldes:

 Corpo de prova para Tração;

Conforme área destacada na figura 28, temos uma área total Att = 2185,7 mm², e o volume total considerando que a espessura da peça é 3,4 mm, V = At x 3,4mm = 7431,38 mm³.

Figura 28 - Área obtida no Software Solidworks 2015, Corpo De Prova Tração ASTM D638-03.

Fonte: Autoria própria.

 Corpo de prova para Impacto;

Conforme área destacada na figura 29, temos uma área total Ati = 2157,07 mm², e o volume total considerando que a espessura da peça é 3,4 mm, V = At x 3,4mm = 7334,04 mm³.

Figura 29 - Área obtida no Software Solidworks 2015, Corpo De Prova Impacto ASTM D790-03.

Fonte: Autoria própria.

Então para o canhão a capacidade de injeção deve atender ao necessário para preencher o molde de tração, cujo tem o maior volume, seguindo as recomendações para esse processo conforme citado anteriormente, assim devemos nos atentar que a injetora deve trabalhar com uma capacidade entre 30 e 90% de sua capacidade total (CANEVAROLO 2002), assim para o Polipropileno (com densidade - 0,9 g/cm³) temos um CP com 6,7 g, somente a região do corpo de prova sem os canais de alimentação, para determinar a quantia necessária para o canal de alimentação do molde, foi utilizado a ferramenta de medição do SolidWorks, atingindo um volume de 1502,58 mm³, resultando em 1,352 g de PP, assim o total requerido para esse molde é 8,052 g de PP, com a recomendação de trabalhar com 90%, a capacidade de injeção deve atender ao mínimo de 8,95 g de PP, o que corresponde a um volume de 9,95 cm³, assim o barril devera ter um deslocamento mínimo, de 87,95 mm, assim temos um comprimento total de L = 300 + 12 + espessura das tampas.

A ponteira da rosca deve ter um ângulo correto para que ocorra a interferência exata do polímero com a parede interna do barril, sem que ocorra o contato d metal com metal, e o mesmo evite vazamentos do polímero fundido, evitando a perda de pressão no molde, assim para obter tais ângulos foi utilizado a recomendação do fabricante de injetoras “Reiloy Westland Corporation”, conforme

figura 30, pois na teoria não foi encontrado referências científicas para essa dimensão, porem ao realizar o desenho no Solidworks constatou-se que a angulação correta seria entre 23º – 24º , devido a ponteira ter comprimento aproximado de 1D:

Figura 30 - Ângulos da ponteira e barril.

Fonte: Catálogo Reiloy Westland Corporation.

O próximo passo é especificar o curso do cilindro hidráulico de injeção, cujo irá atuar de maneia a realizar o trabalho de injetar o polímero no molde, onde atendendo o deslocamento mínimo da rosca, e ajustando o cilindro para um modelo de fabricação mais simples, assim o curso é definido com 90 mm, deve-se aplicar cilindro hidráulico devido as pressões exercidas no processo, pois se utilizássemos cilindros pneumáticos o mesmo poderia apresentar falha ao injetar o polímero com a quantidade necessária de pressão, necessitando de um dimensionamento extrapolado do cilindro para atender o movimento, outro ponto seria a necessidade do uso de um compressor interligado ao equipamento, ou uma linha de ar comprimido, já para o cilindro hidráulico, podemos acoplar uma pequena bomba, ou acoplar a bomba hidráulica própria do laboratório de hidráulica da UTFPR.

O equipamento foi dimensionado no Software Solidworks 2015, e a figura 31 mostra o esboço da rosca baseada na teoria de Manrich(2005) para o PP, a figura 32 traz o esboço do barril com as devidas tampas especiais, os detalhamentos dos dimensionais do equipamento estão no fim do texto como apêndices.

Figura 31 - Rosca dimensionada para o Polipropileno (PP).

Fonte: Autoria própria.

Figura 32 - Barril dimensionado conforme descrito para a rosca mencionada.

Para alternarmos os processos de injeção para extrusão devemos substituir o molde de injeção pela matriz de extrusão, utilizando da mesma placa fixa ao barril, dessa forma podemos efetuar esse diferente processo de maneira simples e rápida.