Avaliação 3 - Processamento de Materiais Poliméricos

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PROVA 3 – Processamento de Materiais Poliméricos (BLU2011) 
Nome: Raiana Roberta Corrêa 
Matrícula: 17203781 
1. (3 pontos)​ A Figura abaixo ilustra um anel de vedação fabricado a partir da borracha NBR. 
 
a)​ Indique cada componente da formulação explicando a função de cada um. 
 
-Elastômero: É a borracha sintética (borracha nitrílica - NBR), constituída pelo copolímero 
butadieno-acrilonitrila, com teor de acrilonitrila variando normalmente entre 20 e 45%, antes de ser 
sofrer o processo de vulcanização. 
 
-Agente de vulcanização: O enxofre, doadores de enxofre ou peróxidos orgânicos são moléculas 
que promovem a formação de ligações cruzadas no elastômero. 
 
-Acelerador: ​Devido à rápida velocidade de vulcanização da borracha nitrílica (NBR), é comum o uso 
de somente um acelerador. Pode-se usar os aceleradores convencionais, MBTS, sulfanamidas, 
tiurames, ditiocarbamatos e guanidinas. Com isso, é possível​ acelerar o processo de vulcanização. 
-Ativador: ​A combinação de óxido de zinco e ácido esteárico, é responsável pela quebra das 
moléculas do agente de vulcanização, gerando radicais livres que iniciam a formação de ligações 
cruzadas. 
-Antioxidante: ​A borracha NBR é vulnerável ao oxigênio existente no ambiente de trabalho da peça, 
logo, é preciso fazer o uso de antioxidantes da família das Difenilamina Octiladas (antioxidante 
“manchante”), que previnem a oxidação e a quebra das macromoléculas (degradação) pela ação do 
oxigênio e do calor durante o processo. 
 
-Carga: ​A adição de ​negro de fumo melhora o processamento, as propriedades mecânicas do 
material, e reduz o custo final do artefato. 
 
-Plastificante:​ Os óleos plastificantes altamente polares, como os a base de Ésteres e Poliésteres são 
os indicados para compostos de NBR. Plastificantes do tipo Ftalatos como o D.O.P. (Dioctil Ftalato) 
são largamente usados em NBR. O uso de plastificantes melhora o processamento e as propriedades 
do elastômero. 
-​Retardador: ​O composto utilizado como retardador é o N-ciclohexiltioftalimida, que é responsável 
por retardar o processo de vulcanização. 
b) ​Descreva todas as etapas do processo para se obter o anel de vedação. 
Inicialmente, é feita uma mistura chamada de composto não vulcanizado que consiste na mistura do 
elastômero (borracha nitrílica - NBR) com antioxidante, carga de reforço, plastificante e retardador. 
Em seguida, o composto não vulcanizado é misturado com o sistema de vulcanização, que é 
constituído pelo agente de vulcanização, ativador e acelerador, para que ocorra a formação de 
ligações cruzadas. A fabricação do anel de vedação acontece por meio do processo de moldagem por 
compressão. Nesse processo, a mistura e o sistema de vulcanização são depositados em um molde 
metálico aquecido. Em seguida, o molde é fechado com auxílio de uma prensa, que aplica pressão ao 
material, permitindo que ele comprima e adote o formato do molde. Com isso, o molde é mantido 
fechado até que o processo de vulcanização aconteça. Após isso, o molde é aberto e o anel de 
vedação é ejetado. O processo de moldagem por compressão é realizado por meio de uma pressão 
externa que permite que o material tome o formato do molde e vulcanize simultaneamente. 
2.​ ​(3 pontos)​ A figura abaixo ilustra uma mangueira fabricada a partir da borracha EPDM. 
 
a)​ Indique cada componente da formulação explicando a função de cada um. 
-Elastômero: Consiste na borracha de etileno-propileno-monômero diênico (EPDM) não vulcanizada, 
sem qualquer aditivo. 
-Agente de vulcanização: O enxofre é encarregado de promover a formação de ligações cruzadas 
entre as macromoléculas do elastômero. 
-Acelerador: O TMTD [Dissulfeto de tetrametiltiuram (Tiurans)] tem como objetivo reduzir o tempo 
de vulcanização. 
-Ativador: O sistema de ativadores mais utilizado é composto por ácido esteárico e óxido de zinco. 
Eles são usados na composição da borracha para ativar rapidamente os aceleradores de forma a 
acentuar a velocidade de vulcanização. 
-Antioxidante: O estabilizador TMQ (2,2,4-trimetil-1,2-dihidroquinolina polimerizada) tem como 
função dar estabilidade térmica ao material, pois auxilia na sustentação de propriedades físicas em 
trabalho à temperaturas elevadas. 
-Carga: O negro de fumo é utilizado para reforçar as propriedades físicas do elastômero, reduzir 
custos, facilitar o processamento e melhorar as propriedades mecânicas do material. 
-Plastificante: O óleo parafínico é empregado para melhorar e facilitar o processamento do 
elastômero. 
-Retardador: O retardador PVI (N-(ciclohexil tio)ftalimida), é um composto adicionado para prevenir 
a pré-vulcanização sob as condições de processamento, pois retarda o início da vulcanização, 
permitindo que a massa elastomérica possa ser trabalhada antes de ser vulcanizada. 
b) ​Descreva todas as etapas do processo para se obter a mangueira. 
Um dos processos mais utilizados para produção de mangueiras plásticas é a extrusão. Neste 
processo, em um misturador aberto, é efetuada uma mistura chamada de composto não 
vulcanizado que consiste na mistura do elastômero (borracha nitrílica - NBR) com antioxidante, carga 
de reforço, plastificante e retardador. Logo após, no misturador aberto, o composto não vulcanizado 
é misturado com o sistema de vulcanização, que é constituído pelo agente de vulcanização, ativador 
e acelerador, para que ocorra a formação de ligações cruzadas. Dessa forma, a mistura gerada é 
colocada na extrusora. No processo de conformação via extrusão, o elastômero é cisalhado e 
aquecido pela rosca e cilindro. Nesse processo, a rosca apresenta uma razão de compressão maior, 
comparada com as usadas no processamento de outros polímeros, e a temperatura de 
processamento é baixa, visto que o cisalhamento é menor. Então, o material passa por uma matriz 
responsável por dar o formato desejado e, em seguida, por um meio, geralmente água, para baixar 
sua temperatura. Após isso, o material passa por um túnel de ar quente ou um forno de 
infravermelho, que opera em uma temperatura que irá iniciar o processo de vulcanização. Completa 
a vulcanização, o material atravessa um meio, usualmente água, para resfriar e por fim, passa para a 
unidade de corte. 
3. (2 pontos) ​Responda as seguintes questões baseado no conhecimento sobre processamento de 
termorrígidos: 
a) ​Por que os termorrígidos são considerados os materiais poliméricos mais fáceis de processar? 
Os polímeros termorrígidos são considerados de mais fácil processamento pois são processados de 
forma simples. No início do processo, é feita a mistura dos componentes, denominada composição 
reativa, composta por uma resina polimérica, sólida ou líquida, agente de cura, catalisador e cargas 
de reforço. Após isso, essa mistura é depositada em um molde, onde ocorre o fornecimento de calor 
para que aconteça a cura. Logo após, ocorre a remoção do molde e tem-se o produto final. 
b) ​Quais as principais vantagens da técnica de moldagem por compressão a quente quando 
comparado com a moldagem por compressão a frio? 
No processo de moldagem por compressão a quente, o material é aquecido e colocado em um 
molde pré-aquecido. Por meio do pré-aquecimento e sob alta pressão, o polímeroé capaz de fluir 
com maior facilidade e se ajustar ao formato do molde até que o processo de cura se complete. O 
calor fornecido resulta na redução do tempo do ciclo de moldagem, diferente do que acontece na 
moldagem por compressão a frio, que conta apenas com a temperatura ambiente para conformar o 
material e realizar a cura. Na moldagem por compressão a quente, é possível fazer um melhor 
controle dimensional e superficial do material. Além disso, o processo conta com o auxílio de 
aberturas, para expelir voláteis, que possibilitam minimizar ou eliminar a concentração de bolhas no 
material, que afetam as suas propriedades mecânicas. 
c) ​Quais as principais diferenças entre a moldagem por injeção de termorrígidos e termoplásticos? 
As principais diferenças são que na injeção de termorrígidos a temperatura no cilindro é menor, para 
evitar cura prematura da resina reativa, o molde é mantido em temperaturas mais elevadas, para 
que haja a cura rápida dentro do molde e, a rosca utilizada só exerce o transporte de material, 
possuindo uma razão de compressão maior que na injeção de termoplásticos, para evitar o 
superaquecimento por forças de cisalhamento e a reticulação precoce. 
 
d) ​Descreva detalhadamente a técnica de RTM e diga qual a principal limitação desta na moldagem 
de termorrígidos? 
A moldagem por transferência de resina (RTM) consiste na injeção de uma resina líquida dentro de 
um molde fechado, com o formato da peça, a partir de variações de pressões. Em um vaso de 
pressão tem-se a resina e o agente de cura, e, em outro vaso de pressão temos o catalisador. Ambos 
são bombeados, e fluem da maior pressão para a menor. O material entra no molde, normalmente 
revestido por uma manta de fibra de vidro, fibra de carbono ou mista, e a partir do seu centro, 
começa a fluir até preenchê-lo completamente. A partir do momento em que o molde está 
completamente preenchido, o aumento da pressão interna causa o fechamento da válvula de 
entrada de material para o interior do molde. Essa válvula é calibrada para, a partir de uma 
determinada pressão fechar, que indica que o molde está totalmente preenchido. E então, a resina é 
curada, com molde em temperatura ambiente ou aquecido, e em seguida, ele é aberto. No entanto, 
para maximizar as propriedades mecânicas das peças produzidas por esse processo, se ocorrer o uso 
de mantas, ela deve ser completamente “molhada” pela resina líquida, para obter-se a menor 
quantidade de vazios possíveis, ou seja, a permeabilidade da manta deve ser adequada para a 
infiltração da resina. E, se a peça a ser produzida por esse processo for muito grande, deverá contar 
com dois ou três pontos de injeção de resina diferentes, para minimizar a formação de bolhas de ar 
e a extensão que a resina irá percorrer. 
 
4) ​(2 pontos) Você foi solicitado (a) para produzir uma peça utilizando resina poliéster. Esta peça 
possui geometria complexa, é de grande porte e será utilizada na fabricação de um veículo terrestre 
para transporte coletivo. Qual técnica de processamento você utilizaria? Justifique a sua resposta e 
descreva detalhadamente todo o processo de fabricação. 
 
Sabendo que a peça possui geometria complexa e é de grande porte, pode-se utilizar o processo de 
moldagem ​por transferência de resina (RTM). Essa técnica de processamento destaca-se por ter 
capacidade de produzir estruturas resistentes e permitir a fabricação de peças com geometrias 
complexas. Dessa forma, contribui para sua aplicação em componentes automotivos, peças internas 
e fuselagens de aviões, entre outros, pois demandam geometrias e acabamentos superficiais de alta 
qualidade para trabalho. O processo de moldagem por transferência de resina (RTM) consiste na 
injeção de uma resina polimérica em um molde, por meio de uma pré-forma de manta de fibra 
colocada dentro de um molde fechado. A resina, o agente de cura e o catalisador são bombeados e 
escoam da maior para a menor pressão. O material entra no molde até preenchê-lo completamente 
e assim, ocorre o fechamento da válvula de entrada de material para dentro do molde. Com isso, o 
material é curado, com molde aquecido ou em temperatura ambiente, e logo após, ele é aberto. 
 
 
Referências 
AMORIM JÚNIOR, Wanderley Ferreira de. ​PROCESSAMENTO DE PLACA ESPESSA DE 
COMPÓSITO ATRAVÉS DE MOLDAGEM POR TRANSFERÊNCIA DE RESINA​. 2007. 255 f. Tese 
(Doutorado) - Curso de Ciências em Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Universidade 
Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2007. Disponível em: 
http://www.metalmat.ufrj.br/index.php/br/pesquisa/producao-academica/teses/2007/57--
48/file. Acesso em: 06 dez. 2020. 
 
ANJOS, Márcia Regina Oliveira dos. ​AVALIAÇÃO DO EMPREGO DE BORRACHAS SBR 
UTILIZADAS EM SOLAS DE CALÇADOS PRETOS DE USO DA MARINHA DO BRASIL​. 2007. 93 f. 
Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Universidade 
Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2007. Disponível em: 
http://www.metalmat.ufrj.br/index.php/br/pesquisa/producao-academica/-7/2007-1/447--
424/file. Acesso em: 06 dez. 2020. 
 
BRASKEM. ​Glossário de termos aplicados a polímeros. 9 p. Disponível em: 
https://www.braskem.com.br/Portal/Principal/Arquivos/html/boletm_tecnico/Glossario_de
_termos_aplicados_a_polimeros.pdf. Acesso em: 06 dez. 2020. 
CASTRO, Dráusio de. ​ESTUDO DE TROCA DE CALOR EM CALHAS DE RESFRIAMENTO​: uma 
aplicação na indústria de tubos e mangueiras plásticas. 2016. 57 f. Dissertação (Mestrado) - 
Curso de Matemática Aplicada e Computacional, Universidade Estadual de Campinas, 
Campinas, 2016. Disponível em: 
http://repositorio.unicamp.br/bitstream/REPOSIP/305936/1/Castro_Drausiode_M.pdf. 
Acesso em: 06 dez. 2020. 
CRONNOS. ​Capabilidades​: fabricação. 2019. Disponível em: 
http://www.cronnos.com.br/index.php/capabilidades. Acesso em: 05 dez. 2020. 
CRONNOS. ​O melhor método de fabricação para prototipar peças de borracha moldadas 
personalizadas​. 2020. Disponível em: 
http://www.cronnos.com.br/index.php/novidades/item/407-o-melhor-metodo-de-fabricaca
o-para-prototipar-pecas-de-borracha-moldadas-personalizadas. Acesso em: 05 dez. 2020. 
ELASTOTEC, Indústria e Comércio de Artefatos de Borracha. ​Borracha etileno- propileno: 
características, compostos, aplicações. Disponível em: 
http://www.elastotec.com.br/publicacoes_tecnicas/ELASTOTEC_EPDM.pdf. Acesso em: 06 
dez. 2020. 
 
ELASTOTEC, Indústria e Comércio de Artefatos de Borracha. ​Copolímeros 
butadieno-acrilonitrila NBR: características, compostos, aplicações. Disponível em: 
http://www.elastotec.com.br/publicacoes_tecnicas/ELASTOTEC_Borracha_Nitrilica.pdf. 
Acesso em: 06 dez. 2020. 
 
GARBIM, Valdemir José. ​Vulcanização​: teoria e métodos. 2013. 44 slides, color. Disponível 
em: https://pt.slideshare.net/Borrachas/vulcanizacao-teoria-metodos. Acesso em: 06 dez. 
2020. 
IKEDA, Guilherme Hiroji Anraku; LEBRÃO, Guilherme Wolf. ​Estudo e melhoria do processo 
de fabricação de peças em compósito com Moldagem por Transferência de Resina à Vácuo 
- VARTM​. Escola de Engenharia Mauá. Disponível em: 
https://maua.br/files/032015/estudo-e-melhoria-do-processo-de-fabricacao-de-pecas-em-c
omposito.pdf.​Acesso em: 09 dez. 2020. 
Materiais de aula da disciplina. 
 
PEREIRA, Cicera Soares. ​DESENVOLVIMENTO DE COMPOSTO DE BORRACHA EPDM 
UTILIZANDO CARGAS ALTERNATIVAS OBTIDAS DA REGENERAÇÃO DE BORRACHAS 
VULCANIZADAS PARA FABRICAÇÃO DE MANGUEIRAS DE ARREFECIMENTO​. 2015. 71 f. 
Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia de Materiais, Universidade Presbiteriana 
Mackenzie, 2015. Disponível em: 
http://tede.mackenzie.br/jspui/bitstream/tede/1353/1/Cicera%20Soares%20Pereira.pdf. 
Acesso em: 06 dez. 2020. 
 
PLÁSTICOS, Moldes Injeção. ​NOÇÕES DE MOLDAGEM DE MATERIAIS TERMOFIXOS POR 
COMPRESSÃO, TRANSFERÊNCIA E INJEÇÃO​. 2020. Disponível em: 
http://moldesinjecaoplasticos.com.br/nocoes-de-moldagem-de-materiais-termofixos-por-c
ompressao-transferencia-e-injecao/. Acesso em: 06 dez. 2020. 
 
RUBBERPEDIA. ​Antioxidantes/Antiozonantes​. Disponível em: 
http://www.rubberpedia.com/antioxidantes-antiozonantes.php#:~:text=Os%20antioxidante
s%20fen%C3%B3licos%20que%20s%C3%A3o,monofenol%20e%20derivados%20de%20bisfe
nol.. Acesso em: 06 dez. 2020. 
 
RUBBERPEDIA. ​Borracha Nitrílica (NBR). ​Disponível em: 
http://www.rubberpedia.com/borrachas/borracha-nitrilica.php. Acesso em: 06 dez. 2020.