Aula 1 - Introdução ao Processamento de Materiais Poliméricos

Introdução ao Processamento de

Polímeros

Luiz Antonio Pessan

Carlos Henrique Scuracchio

UFSCar

Programa da DisciplinaTurma B

Semana Data

Assunto

1ª 19/08 Apresentação do Curso e

Introdução ao Processamento de Polímeros (Carlos)

1a

2a

2ª 26/08 Reologia Aplicada ao Processamento de Polímeros (Pessan) 3ª/4a

3ª 02/09 Aula Prática– Reologia (Carlos / Pessan) 5a_/6a

4ª 09/09 Extrusão (Pessan) 7a_/8a

5ª 16/09 Extrusão de Filmes Tubulares (Pessan) Extrusão Reativa e Co-Extrusão (Pessan)

9a

10a

6ª 23/09 Moldagem por Injeção (Pessan)

Moldagem por Injeção e Calandragem (Pessan)

11a

12a

7ª 30/09 Aula Prática - Extrusão/Moldagem por Injeção (Pessan / Carlos) 13a_/14a

8ª 07/10 Moldagem por Sopro: Extrusão-Sopro e Injeção-Sopro (Carlos) 15a_/16a

9ª 14/10 PROVA 1 (Unidades Anteriores - Pessan) 17a_/18a

10ª 21/10 Rotomoldagem (Carlos) Termoformagem (Carlos)

19a

20a

11ª 28/10 Processamento de Termofixos (Carlos) 21a_/22ª

12ª 04/11 Não Haverá Aula – Feriado Municipal 04/11 13ª 11/11 Processamento de Termofixos (Carlos)

Tintas e Espumas (Carlos)

23a

24ª 14ª 18/11 Processamento de Elastômeros (Carlos) 25a_/26a

15ª 25/11 PROVA 2 (Moldagem por sopro e Unidades ministradas após Prova 1 - Carlos) 27ª 28ª 16ª 02/12 Visita a Empresa– (Carlos / Pessan) 29ª/30ª 17ª 09/12 PROVA SUBSTITUTIVA (Prova 1 ou Prova 2) (Carlos /Pessan) 31ª/32ª

Semana Data Assunto Aula

1ª 22/08 Apresentação do Curso e

Introdução ao Processamento de Polímeros (Carlos)

1a

2a

2ª 29/08 Reologia Aplicada ao Processamento de Polímeros (Pessan) 3ª/4a

3ª 05/09 Aula Prática– Reologia (Carlos/Pessan) 5a_/6a

4ª 12/09 Extrusão (Pessan) 7a_/8a

5ª 19/09 Extrusão de Filmes Tubulares (Pessan) Extrusão Reativa e Co-Extrusão (Pessan)

9a

10a

6ª 26/09 Moldagem por Injeção (Pessan)

Moldagem por Injeção e Calandragem (Pessan)

11a

12a

7ª 03/10 Aula Prática– Extrusão/ Moldagem por Injeção (Pessan/Carlos) 13a_/14a

8ª 10/10 Moldagem por Sopro: Extrusão-Sopro e Injeção-Sopro (Carlos) 15a_/16a

9ª 17/10 PROVA 1 (Unidades Anteriores - Pessan) 17a_/18a

10ª 24/10 Rotomoldagem (Carlos) Termoformagem (Carlos)

19a

20a

11ª 31/10 Processamento de Termofixos (Carlos) 21a_/22ª

12ª 07/11 Não Haverá Aula– Feriado Municipal 04/11 13ª 14/11 Processamento de Termofixos (Carlos)

Tintas e Espumas (Carlos)

23a

24ª 14ª 21/11 Processamento de Elastômeros (Carlos) 25a_/26a

15ª 28/11 PROVA 2 (Moldagem por sopro e Unidades ministradas após Prova 1 - Carlos) 27ª 28ª 16ª 05/12 Visita a Empresa– (Carlos/Pessan) 29ª/30ª 17ª 12/12 PROVA SUBSTITUTIVA (Prova 1 ou Prova 2) (Carlos/Pessan) 31ª/32ª 18ª 19/12

MÉTODO DE AVALIAÇÃO P₁ = Prova 1

P₂ = Prova 2

P₃ = Prova Substitutiva (Assunto da Prova 1 ou Prova 2) que só substitui as notas das provas parciais P₁ ou P₂ AC = Avaliação Complementar (Assunto da Prova 1 ou Prova 2) que só substitui as notas das provas parciais P₁ ou P₂.

CRITÉRIO DE APROVAÇÃO

•Presença mínima de 75% das aulas contabilizadas no calendário acadêmico •Média Final = P₁ x 0,5 + P₂ x 0,5  6,0

BIBLIOGRAFIA

1 - PESSAN, L. A. e MANRICH, S., Reologia: Conceitos Básicos, UFSCar, São Carlos, 1987.

2 - BRETAS, R. E. S.; D’AVILA, M. A., Reologia de Polímeros Fundidos, 2 ed.,São Carlos, Editora da Universidade Federal de São Carlos, 2005, 257p.

3 - GÄCHTER, R.; MÜLLER, H., Plastics Additives Handbook, 4 ed., Munich, Carl Hanser, Verlag, 1997. 4 - RABELLO, M., Aditivação de Polímeros, São Paulo, Artliber Editora Ltda, 2000, 242p.

5 - MANRICH, S., Processamento de Termoplásticos, São Paulo, Artliber Editora Ltda, 2005. 431p.

6 - BLASS, A., Processamento de Polímeros, Florianópolis, Editora da Universidade Federal de Santa Catarina, 1985, 254p.

7 - ROCHA, E.C., LOVISON, V.M.H., PIEROZAN, N.J., Tecnologia de Transformação dos Elastômeros, 2ed., São Leopoldo, RS, CETEPO (Centro Tecnológico de Polímeros) – SENAI, 2003. 348p.

8 - FAZENDA, J. M. R., Tintas e Vernizes: Ciência e Tecnologia, volumes 1 e 2, 2a ed., São Paulo, ABRAFATI, 1995, 1281 p.

9 - TADMOR, Z. e GOGOS, C. G., Principles of Polymer Processing, Wiley, New York, 1979.

10 - DEALY, J. M. e WISSBRUN, K. F., Melt Rheology and its Hole in Plastics Processing, Van Nostrand Reinhold, New York, 1990.

11 - PESSAN, L. A., Processamento de Polímeros, UFSCar, São Carlos, 1998.

Observação: Outras fontes de consulta (livros, apostilas, catálogos técnicos, normas técnicas e sites) serão indicadas durante o desenvolvimento da disciplina.

POLÍMEROS:

Matérias-primas

que na

sua forma final de

utilização geram

Produtos Poliméricos



Separação em tipos de Produtos Poliméricos



Grande

importância

da

composição

do

Sistema Polimérico



Comentários sobre:

- C

ompostos

- Materiais conjugados ou Compósitos

PERSPECTIVAS HISTÓRICAS DO PROCESSAMENTO DE

POLÍMEROS

PERSPECTIVAS HISTÓRICAS DO PROCESSAMENTO DE

POLÍMEROS

PERSPECTIVAS HISTÓRICAS DO PROCESSAMENTO DE

POLÍMEROS

Primeiro Fator

Os desenvolvimentos científicos

e tecnológicos

na Obtenção e na

Modificação dos Polímeros

,

implicando em muitas opções de

Sistemas Poliméricos

.

Fatores de Desenvolvimento

para os Polímeros

PRODUTOS POLIMÉRICOS

Polímeros puros

(ou “quase puros”)

Composições constituídas do(s)

Polímero(s) e de Aditivos com

diferentes funções

Segundo Fator

O crescente emprego dos Polímeros

em Aplicações convencionais,

especiais e de engenharia

Fatores de Desenvolvimento

para os Polímeros



CURTO PRAZO

(OU CURTA DURAÇÃO)



LONGO PRAZO

(OU COM DURABILIDADE ELEVADA)

1960 1970 1980 1990 2000 2010 0 50 100 150 200 250 240 160 Produção m undia l em m as s a (m ilhões de tonela das ) 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2 4 6 8 32 10,5 3,0 1,6 6,9 6,1 5,3 4,5 3,8 3,2 Popu laç ão m undia l (bilhões de pes s oas )

Crescimento Populacional

PROBLEMA GRAVE

Nas

Aplicações de curto prazo

,

após a vida útil, com o descarte

inadequado

são

gerados

resíduos

muito

críticos

em

relação

aos

Impactos Ambientais.

Muitas

vezes

as

melhores

embalagens

sob

o

ponto

de

vista

funcional são os piores resíduos

pós-consumo

para

a

reciclagem

do(s)

polímero(s) - principalmente na área de

embalagens para alimentos.

Composição

Química

do Produto Embalado

Danos

mecânicos

Danos

biológicos

Danos

ambientais

Danos diretos ao

produto

deembalado

Danos por outros

fatores

Roedores

Insetos

Fungos

Bactérias

Umidade atmosférica

Temperatura

Luz UV

Coleta

Manuseio

Transporte

Estocagem

Adulteração

Aparência

Contaminações

Permeação

FUNÇÃO DE UMA EMBALAGEM

CONVENCIONAL PARA ALIMENTOS

Embalagens multicamadas

3.barreira

1.suporte

2.adesivo

5.suporte

4.adesivo

SITUAÇÕES MAIS FREQÜENTES PARA A SELEÇÃO DE

MATERIAIS POLIMÉRICOS



Polímeros substituindo outras

classes de materiais

Seleção de Materiais (critérios da Electrolux)

Fatores

Estéticos-mercadológicos

Fatores

ecológicos

Fatores

de processo e utilização

Fatores

econômicos

Seleção de Materiais

(critérios da SABIC)

Materiais

Design

Processo

Seleção de Materiais (critérios da GM)

Seleção de Materiais

Aspectos Ambientais

Qualidade

Funcionalidade

Aspectos Econômicos

SITUAÇÕES MAIS FREQÜENTES PARA A SELEÇÃO DE

MATERIAIS POLIMÉRICOS



Polímeros competindo entre si

Matéria-prima

Massa da

Peça (g)

Custo relativo

da

matéria-prima

Variação em

relação ao

Polipropileno

(%)

ABS

189

175

203

Polipropileno

162

100

100

Poliestireno de

alto impacto

189

130

150

Garrafão 20L: “PP copolímero”

estatístico (ou “random”)

SITUAÇÕES MAIS FREQÜENTES PARA A SELEÇÃO DE

MATERIAIS POLIMÉRICOS



Polímeros substituindo outras classes de

materiais



Polímeros competindo entre si (polímero



polímero)



Após a escolha de um polímero 

SITUAÇÕES MAIS FREQÜENTES PARA A SELEÇÃO DE

MATERIAIS POLIMÉRICOS



Após

a

escolha

de

um

polímero  definição do tipo e

do fabricante

SITUAÇÕES MAIS FREQÜENTES PARA A SELEÇÃO DE

MATERIAIS POLIMÉRICOS



Polímeros substituindo outras classes de

materiais



Polímeros competindo entre si (polímero



polímero)



Após

a

escolha

de

um

polímero



definição do tipo e do fabricante



Otimização

do

produto

(formulação,

desenho, processo, etc.)

SITUAÇÕES MAIS FREQÜENTES PARA A SELEÇÃO DE

MATERIAIS POLIMÉRICOS



Otimização do produto (formulação,

desenho, processo, etc.)

Esquema das etapas entre a matéria-prima e um produto polimérico

Processamento (técnica de processamento função do polímero e da aplicação)

FONTES DE MATÉRIA-PRIMA

matérias-primas de cada polímero sintético

MONÔMEROS

COMPOSIÇÕES

POLÍMERO(S) + ADITIVOS

PRODUTOS

Preparação de misturas Teste das propriedades

do Polímero

2

1

com propriedades pré-estabelecidas

POLÍMEROS

Indústrias de obtenção de polímeros

POLIMERIZAÇÃO [Técnica e condições de polimerização dependem do monômero e da aplicação do polímero (processamento e propriedades)]: síntese dos polímeros

Processo de Obtenção de Polímeros

Sintéticos

Operações de aditivação e

preparação de compostos

•Mistura Distributiva

•Mistura Dispersiva

Objetivos: melhorar as propriedades do material virgem ou adicionar propriedades específicas para dada

aplicação (custo, propriedades mecânicas, estabilização química, cor,

BLENDA POLIMÉRICA

Misturas físicas ou

misturas mecânicas

ADITIVOS



São materiais adicionados como componentes

auxiliares dos plásticos e/ou das borrachas.



A inclusão de aditivos nas formulações ou

composições de plásticos ou de borrachas

visa

uma ou mais aplicações específicas como, por

exemplo, abaixar o custo, modificar e/ou melhorar

diversas propriedades, facilitar o processamento,

colorir, etc.



fibras de reforço ou reforços fibrosos



cargas inertes e cargas reforçantes ou reforçadoras



plastificantes



lubrificantes



colorantes, incluindo pigmentos e corantes



estabilizantes térmicos, incluindo

antioxidantes

primários,

antioxidantes

secundários

e

outros

estabilizantes térmicos

ADITIVOS

São substâncias químicas que, uma

vez incorporadas, conferem cor a um

substrato. Os colorantes podem ser

classificados em duas categorias: os

corantes e os pigmentos.



São

produtos

da

incorporação

de

altas

quantidades de colorantes e/ou aditivos

em

veículo

compatível

com

o

polímero

de

aplicação, destinados a colorir e/ou aditivar as

resinas termoplásticas em geral.



Os concentrados de cor

(“masterbatches” de

colorantes) são os concentrados de aditivos

mais comuns.

Alguns exemplos de formulações para tubos de PVC rígido

Concentração (phr)

Ingrediente

_{para água potável}

Tubo de pressão

Tubo de

_esgoto

Conduíte

celular

Tubo

(miolo)

Resina de PVC

(Valor K=65-68)

100,0

100,0

100,0

100,0

Estabilizantes

térmicos

3,5

3,5

3,5

2,0

Lubrificante

Interno

0,4

0,3

0,5

0,8

Lubrificante

externo

1,2

1,4

1,5

1,5

Auxiliar de

fluxo

0,6

0,6

1,0

0,6

Modificador de

impacto

-

-

3,0

1,0

CaCO

8,0

25,0

3,0

5,0

TiO

0,8

1,0

1,0

0,5

Pigmento

0,5

-

1,0

-Agente de

expansão

-

-

-

0,3

Formulação Clássica para Pneus

Polímeros

60%

Negro de Fumo

30%

Aceleradores 0,5%

Ativadores 3%

Enxofre 1,5%

Antioxidantes 1,5%

Auxiliares de processo 3,5%

Características gerais dos materiais poliméricos nos vários tipos

de processamento (aqui estão citados apenas os itens)

Secagem (variável de material para material)

Limpeza dos equipamentos

Processamento

envolvendo

polímeros

puros

ou

composição

polimérica;

muito

importante



desenvolvimento de formulações: polímero(s) + aditivos

Contração no molde e variações dimensionais na matriz

1

2

3

4

Características gerais dos materiais poliméricos nos vários tipos

de processamento (aqui estão citados apenas os itens)

Características reológicas: viscosidade em função da

temperatura, do processamento

e

da composição

Tipo de produto

(“desempenho exigido ao produto

final”): seleção do material polimérico (provavelmente

incluindo aditivos) e do processamento (equipamentos

básicos e linhas de processamento)

5

6



Processamento de Polímeros

Processos mais importantes

Outros processos utilizados



Extrusão



Termoformagem



Injeção



Sopro

(

extrusão – sopro

e injeção

sopro)



Calandragem



Rotomoldagem



Moldagem por compressão



Moldagem por vazamento



Outros

1 Alimentação/ Dosador 2 Extrusora 3 Controles 4 Cabeçote 5 Resfriamento 6 Guias da Saia 7 Rolos Puxadores 8 Embobinadora 9 Automação 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Esquema Geral de uma Linha de

Extrusão de Filme “Tipo Balão”

Processamento de Polímeros

Processos mais importantes

Outros processos utilizados



Extrusão



Termoformagem



Injeção



Sopro

(

extrusão – sopro

e injeção

sopro)



Calandragem



Rotomoldagem



Moldagem por compressão



Moldagem por vazamento



Outros

Ilustração do processo de Moldagem por injeção

Calota de ônibus moldada em Poliamida 6

reforçada com 30% de fibras de vidro

Engrenagem dentada moldada em P

oliamida 6

reforçada com 45% de fibras de vidro

Caixa de fusíveis moldada em um tipo

básico de Poliamida 6

Aplicações do PBT – Tipos básicos e

reforçados com fibras de vidro

Aplicações do Poliacetal

Aplicações do PPS reforçado com 40%

de fibras de vidro

LEXAN® - PC

 Liberdade de Design

 Espessura combinada com Resistência ao impacto

 Baixo Peso, mais Confortável

 Segurança - Virtualmente Inquebrável  Resistente ao Risco e aos Raios UV  Alta Produtividade

CYCOLAC® - ABS  Liberdade de Design  Estética  Funcional  Alto Desempenho  Alta Produtividade

CYCOLAC

®

CYCOLOY

®

 Bom balanço de propriedades  Processabilidade

 Estabilidade aos raios UV

 Ductilidade à baixa temperatura HDT (acima de 110ºC)

NORYL

®

Automotivo/ Painéis Excelente resistência química Excelente resistência ao impacto

Paralamas e retrovisores

Válvulas

Estabilidade dimensional

NORYL® - Blenda PPO/HIPS  Impacto

 Baixo empenamento

VALOX

®

VALOX® - PBT

 Boas Propriedades Térmicas  Boa Resistência Química  Boa Processabilidade  Aparência Superficial

 Estabilidade dimensional  Resistência térmica e fluxo  Resistência a hidrólise  Retardante à chama  Resistência ao intemperismo  Impacto • Estabilidade na cor • Eliminação de pintura • Resistência química

XENOY

®

XENOY® - Blendas PBT/PC  Resistência ao impacto  Resistência ao UV

Processamento de Polímeros

Processos mais importantes

Outros processos utilizados



Extrusão



Termoformagem



Injeção



Sopro

(extrusão-sopro

e injeção

sopro)



Calandragem



Rotomoldagem



Moldagem por compressão



Moldagem por vazamento



Outros

Processamento de Polímeros

Processos mais importantes

Outros processos utilizados



Extrusão



Termoformagem



Injeção



Sopro

(

extrusão – sopro

e injeção

sopro)



Calandragem



Rotomoldagem



Moldagem por compressão



Moldagem por vazamento



Outros

Processamento de Polímeros

Processos mais importantes



Moldagem por compressão



Injeção



Extrusão



Calandragem

Borrachas Vulcanizadas

Moldagem por compressão – processo final na fabricação de

PNEUS

Processamento de Polímeros

Processos

mais

importantes



Moldagem por compressão



Para

os

poliésteres

insaturados

reforçados com fibras de vidro: Processo

manual

(Hand

Lay

Up),

Spray

Up,

Filament Winding, BMC, SMC, RTM,

Pultrusão

Processamento de Polímeros



Expandidos estruturais



Espumas

Áreas particulares / Produtos poliméricos particulares



Fibras poliméricas



Tintas



Adesivos



Produtos expandidos

(produtos celulares)

Possíveis etapas de Reaproveitamento de

Produtos Poliméricos Convencionais

PRODUTOS POLIMÉRICOS

ACABAMENTO E UTILIZAÇÃO “RECICLAGEM”

Produtos Reprovados e Sobras de Produção (RESÍDUOS DE PROCESSOS INDUSTRIAIS)

Resíduo pós-consumo

Produtos Aprovados

Tipo de “Reciclagem” é função do(s) Polímero(s) Selecionado(s) e do Preço do processo

Pós-utilização

Reciclagem pós-consumo ???

Propriedades de um produtos

acabado

Altamente influenciado pela estrutura

Altamente influenciada pelo processamento

Durante o processamento o material pode ser submetido a uma série

de condições

Térmicas

•Temperaturas máxima e mínima •Taxa de

aquecimento/resfriamento

Mecânicas •Tensões/taxas de deformação no estado fundido

•Tensões/deformações no estado sólido (estiramento a frio,

etc.)

Químicas •Processamento reativo_{•Compatibilização} •Oxidação

Como o processamento pode influenciar a

estrutura e as propriedades de um material?

Exemplo 1:

Sousa, J. A.; Lopes, P. E.; “Influência das Condições de Processamento nas

Propriedades Mecânicas de Compósitos de Polipropileno com Fibras de Vidro”; Polímeros, Ciência e Tecnologia, Vol. 9, pags. 85-96, 1999

Colocação de Fibras de vidro em termoplásticos

•Melhoria nas propriedades mecânicas •Em relação à morfologia do compósito, o

grau de reforço dependerá do

comprimento, concentração e orientação das fibras e das propriedades da interface.

Em que parâmetros o processamento pode influenciar?

•Dispersão das fibras

•Processamento reativo (reação de acoplagem durante o processamento)

Para se conseguir o máximo de reforço, o processamento deve: •Misturar de forma distributiva e dispersiva

•Debulhar os fios em roving para filamentos individuais •Permitir o molhamento da superfície da fibra pelo polímero

•Promover uma dispersão homogênea

•Não provocar quebra excessiva no comprimento da FV •Promover uma orientação (ou não) adequada

Incorporação de cargas normalmente é feita em extrusora dupla rosca, para depois se proceder ao processo de moldagem (injeção, compressão, sopro,

etc).

Condições de processamento em dupla rosca: •Perfil de rosca (geometria)

•Perfil de temperaturas

•Velocidade de rotação da rosca

Perfis de rosca

Menor MFI

Menor temperatura do fundido

Menor temperatura

Maiores tensões no processamento

Mais quebra das fibras

Menor tamanho das fibras

Maior rotação da rosca

Também deve ser levado em consideração que uma menor viscosidade gera uma melhor molhabilidade das fibras pelo polímero fundido.

Maior

dispersão das fibras