Uma grande variedade de diferentes técnicas é empregada na conformação de materiais poliméricos. O método escolhido depende de diferentes fatores:
• (1) Se o material é termoplástico ou termofixo:
• (2) Se for termoplástico, da temperatura na qual ele amolece;
• (3) Da estabilidade atmosférica do material que está sendo conformado;
• A fabricação de materiais poliméricos ocorre normalmente em temperaturas elevadas e com aplicação de pressão;
• Cada material tem uma temperatura ou faixa de temperatura na qual ele pode ser processado sem que ocorra degradação, na qual tenha maleabilidade ideal (plasticidade) para ser moldado, e tenha fluidez suficiente para preencher cavidades ou fluir por canais sob pressão adequadas e limitadas para cada equipamento.
•Essa temperatura é conhecida como temperatura do fundido ou temperatura no estado de fusão.
O processamento de termoplásticos (polímeros que amolecem com a temperatura) passa normalmente por etapas que envolvem o aquecimento do material seguida de conformação mecânica. Vários métodos são usados na produção de peças plásticas como:
• extrusão
• moldagem por injeção • moldagem por sopro • calandragem
A extrusão é a fabricação de um semi-manufaturado contínuo de plástico.
O plástico, em pó ou grânulos, é alimentado na parte traseira do tubo, sendo conduzido para a parte frontal do tubo pela rosca em rotação.
Durante esse percurso, o plástico é aquecido por ação de resistências elétricas e do atrito com o parafuso.
No final do percurso, o plástico deverá estar totalmente plastificado, sendo então comprimido contra uma matriz que conterá o desenho do perfil a ser aplicado ao plástico.
Tubos, placas e filmes até perfis complicados.
Processamento adicional: direto do semi-manufaturado ainda quente, por exemplo, por sopro ou calandragem.
Como o plástico é completamente fundido durante a extrusão e adquire uma forma completamente nova
EXTRUSÃO
Função: transportar, fundir ou homogeneizar e plastificar o polímero.
A rosca única gera cerca de 80% de energia térmica e mecânica necessária para transformar os polímeros, devido ao cisalhamento e movimentos sobre o material, normalmente o polímero apresenta na forma granulado ou em pó.
EXTRUSÃO
Principais Partes:
• Funil
Tem a função de alimentar por igual a extrusora com o material a ser processado.
• Parafuso (rosca)
PEÇA MAIS IMPORTANTE
Várias funções: puxar, transportar, fundir e homogeneizar o plástico.
Rosca de três zonas:
• Zona de entrada (alimentação): o material, ainda em sua forma rígida, é introduzido e transportado para frente.
• Zona de compressão: o material é compactado e fundido pela variação do diâmetro da rosca.
• Zona de saída (calibragem): o material fundido e homogeneizado é elevado a temperatura de processamento desejada.
Relação L/D - entre comprimento e o diâmetro externo - determina a potência da extrusora.
EXTRUSÃO
Exigências para todas as roscas • 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.
Vantagem da extrusão:
• Cilindro (canhão)
A diferença entre cada extrusora reside no tipo de construção do cilindro:
1. Extrusora de parafuso único (monorosca) 1.1. Convencional
1.2. Extração rígida
2. Extrusora de duplo parafuso (dupla rosca) 2.1. Mesmo sentido de giro
EXTRUSÃO
1.Extrusora de parafuso único (monorosca) 1.1. Convencional
Possui um cilindro (canhão) interno liso.
Característica para ela é que a pressão necessária para vencer a resistência da ferramenta é formada na zona de saída.
O material é transportado pelo atrito entre os próprios pedaços de material bem como entre os pedaços e a parede do cilindro.
1. Extrusora de parafuso único (monorosca) 1.2. Extração rígida
Na parede do cilindro (canhão) ao longo da zona de entrada existem ranhuras longitudinais.
Estas ranhuras proporcionam um melhor transporte e, com isso, melhor compactação do material.
Laboratório de Processamento IQ- UNICAMP
2. Extrusora de duplo parafuso (dupla rosca) 2.1. Mesmo sentido de giro
É utilizada, na maioria das vezes, para a preparação de poliolefinas.
O material avança devido ao atrito entre a rosca e o canhão.
EXTRUSÃO
2. Extrusora de duplo parafuso (dupla rosca) 2.2. Sentido inverso de giro
É utilizada para materiais em pó, especialmente para o PVC.
Vantagem: os aditivos são facilmente misturados no plástico sem exigir muito do material mecânica ou termicamente.
Para tempos de passagem curtos e altas temperaturas podem ser processados materiais sensíveis sem que seja ultrapassado o limite de degradação.
Extrusora dupla rosca co-rotatória e interpenetrante
Modelo APV MPC/V30DE
Laboratório de Processamento IQ- UNICAMP
Sistema de aquecimento:
A fusão do material na extrusora não ocorre apenas devido ao atrito, mas também por introdução externa de calor.
O sistema é dividido em várias zonas:
• Podem ser aquecidas ou resfriadas isoladamente.
• São utilizadas geralmente resistências em tiras, no entanto outros sistemas também são empregados, como por ex. serpentinas de líquidos.
Plástico Faixa de Temperatura de processamento Exs. de aplicação (extrudados)
PE 130-200
oC
Tubos, tablet, filmes, revestimentos PP 180-260 oC Tubos, filmes planos,tablet, fitas PVC 180-210 oC
Tubos, perfis, tablet
PMMA 160-190
oC
Tubos, perfis, tablet
PC 300-340
oC
Tubos, perfis, corpos ocos
Princípio de funcionamento da extrusora: Semelhante ao moedor de carne
O material é puxado na zona de entrada e empurrado para a zona de compressão
Logo é compactado pela diminuição gradativa da altura da passagem, eventualmente aerado e levado ao estado fundido Na zona de saída o material é ainda homogeneizado e igualmente aquecido
Zonas de mistura:
Dependendo de cada tipo de extusora, a pressão é obtida na zona de entrada ou na saída.
Como o processo de fusão não fornece sempre uma massa fundida completamente homogênea, para estes casos são construídas na rosca as zonas de mistura.
Moldes (matrizes):
São utilizadas no processamento de polímeros (extrusão de perfis, sopro de recipientes, entre outros) são canais estrategicamente construídos em blocos ou chapas metálicas de aço ou outras ligas, por onde flui a massa fundida.
São localizadas, geralmente , na extremidade da extrusora, ajudando a gerar um gradiente de pressão ao longo da rosca e também dando forma a massa que sai desta.
Como a extrusão é um processo contínuo, o formato do produto final gerado pela matriz possui variações geométricas no sentido transversal ao fluxo (direção x, y), caracterizando-se como um processo bidimensional
Determinam a forma do semi-faturado, também denominado de extrudado.
Dependendo da forma, diferenciam-se os vários extrudados.
É utilizado quando as exigências ao extrudado não são preenchidas por um único material ou quando for possível economizar custos de material através de duas camadas externas altamente solicitadas (exigíveis) e uma camada mais barata.
O semi-manufaturado é fabricado então de várias camadas de materiais diferentes.
Processo especial de extrusão onde o produto final apresenta mais de uma camada de diferentes tipos de plástico.
É utilizada para a colocação de várias camadas de isolamento de cabos, filmes de embalagens e no processo de sopro.
Processo tubular
Estiramento longitudinal e transversal.
O processo de moldagem por injeção consiste essencialmente no amolecimento do material num cilindro aquecido e sua conseqüente injeção em alta pressão para o interior de um molde relativamente frio, onde endurece e toma a forma final.
O artigo moldado é então expelido do molde por meio dos pinos ejetores, ar comprimido, prato de arranque ou outros equipamentos auxiliares.
Comparando-se com a extrusão, a moldagem por injeção apresenta-se como um processo cíclico.
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
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.
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
o Competição acirrada oferece baixa margem de lucro o Os moldes são muito caros
o A qualidade das peças é difícil de ser determinada imediatamente
Um ciclo completo consiste das operações seguintes:
1. Dosagem do material plástico granulado no cilindro de injeção.
2. Fusão do material até a consistência de injeção.
3. Injeção do material plástico fundido no molde fechado. 4. Resfriamento do material plástico até a solidificação. 5. Extração do produto com o molde aberto
Variáveis que influem sobre a moldagem por injeção:
Pressão de injeção: Varia de maneira ampla conforme o tipo de molde ou de máquina. Em geral, deve-se procurar o uso do mínimo de pressão, para a obtenção de artigos moldados, livres de defeitos internos e superficiais.
Um excesso de pressão provoca, em geral, escape de material pelas juntas.
Temperatura do cilindro: A temperatura é responsável pela plastificação correta ou não de material, e a temperatura do material depende não só da temperatura do cilindro, como também da velocidade com que o material passa através dele.
Um aquecimento uniforme do material depende, em suma, de um correto controle da temperatura do cilindro de aquecimento e do controle rigoroso do tempo e duração do ciclo.
Tempo do ciclo: A velocidade de injeção é governada fundamentalmente pela viscosidade do material (logo, pela temperatura interna), pela pressão do prato e pelo mínimo de restrições oferecidas ao fluxo de material ao longo de seu caminho.
Temperatura do molde: Uma temperatura constante do molde, abaixo do ponto de amolecimento do material, é o ideal, e isto, em geral é obtido por circulação de um fluido em temperatura constante através dos canais do molde.
Os principais elementos componentes das máquinas injetoras são:
• A unidade injetora que compreende o dispositivo de alimentação e dosagem, plastificação e injeção.
• A unidade de fechamento incumbida de abrir e fechar o molde.
• O cilindro de injeção deverá apresentar zonas de aquecimento cuidadosamente termoreguladas.
• O torpedo dos cilindros injetores de pistão serve para homogeneizar a massa fundida.
Processo em geral utilizado na obtenção de peças ocas através da insuflação de ar no interior do molde, de forma a permitir a expansão da massa plástica, até a obtenção da forma desejada.
Aplicável geralmente à fabricação de frascos a partir de termoplásticos.
Os processos de moldagem por sopro podem ser separados em 2 tipos:
1. Moldagem por sopro via injeção. 2. Moldagem por sopro via extrusão.
MOLDAGEM POR SOPRO
1. Moldagem por sopro via injeção
• Produção de uma peça injetada via moldagem por injeção. • Fechamento do molde sobre a peça oca.
• Introdução de ar comprimido para expandir a peça oca até a forma final.
2. Moldagem por sopro via extrusão
Na moldagem por sopro via extrusão, o parison é produzido via extrusão, o qual é posteriormente inflado dentro de um molde. O processo pode ser contínuo, onde a pré-forma dentro do molde se move para longe da extrusora e uma nova pré-forma é instalada em um novo molde, ou descontínuo.
etapas usuais do processo envolvem: • Pré-forma desce;
• Molde fecha;
• Sopra-se ar por baixo;
• Resfria-se a peça em contato com a parede fria do molde; • Abre-se o molde.
• A extrusora processa o plástico até um fundido homogêneo
• O cabeçote móvel direciona o fundido (que vem da extrusora em posição horizontal) para a posição vertical, onde uma ferramenta conforma para uma pré-forma similar a uma mangueira.
• Ferramenta de sopro: duas
metades móveis, que contém o negativo do produto a ser soprado.
• Após a pré-forma ter saído do cabeçote móvel, a ferramenta fecha-se sobre esta e solta o fundo por esmagamento.
ESTAÇÃO DE SOPRO
•O mandril de sopro penetra na ferramenta e com isso, na pré-forma.
• Desta forma, o mandril forma e calibra o pescoço do corpo vazado, ao mesmo tempo em que introduz ar na pré-forma
• Com o ar surge uma pressão na pré-forma, pela qual é soprada e acomoda-se nas paredes da ferramenta
Moldagem por sopro via injeção
• Bom controle de espessura do gargalo e da parede.
• Mais fácil de produzir objetos não-simétricos.
• Não há necessidade de acabamento.
• Mais restrito no que concerne à escolha dos moldados.
• São necessários dois moldes para cada objeto.
Moldagem por sopro via extrusão
Deforma lentamente.
• Altas velocidades de produção.
• Maior versatilidade com respeito à produção.
• Mais difícil de controlar a espessura da parede.
• Necessária a operação de corte.
Variáveis que influem sobre a moldagem por sopro
Temperatura da massa : Esta deve ser mantida num mínimo para reduzir o tempo de resfriamento, mas uma temperatura muito reduzida evitará a plastificação completa e dará margem ao aparecimento de tensões residuais no material, assim como fortes defeitos superficiais.
Por outro lado, uma temperatura muito elevada aumenta o tempo de ciclo e pode dar lugar ao afinamento do pré-moldado.
Temperatura do molde: Devem ser baixas, devido à importância de esfriar rapidamente o molde.
Velocidade de fechamento do molde: Uma velocidade demasiadamente elevada pode causar perdas do conteúdo do molde, de modo que se pode adicionar sistemas de retardamento de fecho do molde.
Pressão de ar: Para um bom trabalho de moldagem, necessita-se, na prática, de pressões de 5 a 7 Kg/cm2.
Outros fatores de importância incluem a eliminação de jatos de ar, pelo perigo de esfriamento local, e a secagem do ar ou eliminação do óleo arrastado pelo ar desde o compressor.
