Lista de exercícios 3

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Nome: Raiana Roberta Corrêa 
Matrícula: 17203781 
Disciplina: Processamento de Materiais Poliméricos 
Lista de exercícios 3 
1) Explique porque o processo de injeção de termoplásticos não pode ser considerado 
um processo contínuo? 
É um processo descontínuo, pois acontece em várias etapas que se repetem a cada 
ciclo de injeção. O material é plastificado dentro de um barril e misturado até se tornar 
homogêneo. Então ele é dosado e injetado sob pressão no molde de injeção. O 
material é resfriado, o molde é aberto e a peça moldada é ejetada. Ocorre o 
fechamento do molde, e então um novo ciclo de injeção se inicia. 
2) Quais as vantagens do processo de injeção quando comparado com a extrusão? 
Exemplifique 
Comparado com o processo de extrusão, o processo de injeção é um método muito 
versátil, pois é capaz de produzir peças simples e complexas, de diferentes tamanhos 
e com várias aplicações, onde é possível utilizar tanto polímeros termorrígidos quanto 
polímeros termoplásticos. Como produtos da injeção, temos os potes, as conexões, os 
brinquedos, os para-choques, as engrenagens de polímeros de engenharia, as 
engrenagens para máquinas de mineração e também agrícola, os tanques de 
combustível e até mesmo as partes de um refrigerador. 
3) Descreva detalhadamente a unidade de injeção de uma máquina injetora? 
 
A unidade de injeção é composta por um funil, um cilindro de aquecimento com 
resistências e uma rosca, com a função de plastificar e homogeneizar o material 
polimérico. A rosca possui movimentos de recuo, para permitir a dosagem do material, 
e de avanço, para injetá-lo nas cavidades do molde. A unidade de injeção é composta 
por: 
 
-Funil de Alimentação 
É o local onde ocorre o depósito de material que irá ser processado. Sua capacidade 
depende do tamanho da máquina injetora. Ele deve ser mantido sempre tampado para 
evitar a contaminação do material granulado. O funil pode ter diferentes tamanhos e 
formas geométricas. Além disso, ele pode ser alimentado manualmente ou por meio 
de um sistema pneumático. É importante que o funil tenha agitação mecânica para 
evitar possíveis problemas de fluxo dentro do funil. 
 
-Cilindro de Aquecimento (Canhão/Barril) 
O cilindro basicamente serve como alojamento e proteção da rosca. Ele possui 
resistências externas para o aquecimento do material, termopares para o controle de 
temperatura e uma zona resfriada com água próxima ao funil de alimentação (região 
da garganta). Possui também três ou mais zonas de aquecimento. Contém ranhuras 
internas para maximizar o atrito. 
-Rosca da Injetora 
A rosca da injetora opera como a rosca de uma extrusora, transportando o sólido, 
plastificando e homogeneizando o polímero. Os parâmetros importantes são a 
temperatura do cilindro, a velocidade de rotação da rosca e a contrapressão da rosca, 
que consiste na pressão que a rosca faz quando recua. A rosca dosa o material, 
plastifica e transporta o líquido. Esse material no estado líquido se acumula em frente 
a rosca onde temos a entrada do molde, então a rosca para de girar e injeta o material 
para dentro do molde. Quando a rosca retorna para girar novamente e acumular mais 
material ela exerce uma pressão de retorno que é chamada de contrapressão. Maiores 
velocidades da rosca promovem um maior cisalhamento e uma melhor 
homogeneização do polímero. Um maior aumento de temperatura devido ao maior 
atrito e cisalhamento pode comprometer a estabilidade da massa polimérica. 
 
-Bico de Injeção 
Consiste no final geométrico da rosca, está na extremidade do cilindro de 
aquecimento, onde possui um canal interno, de pequeno diâmetro em relação ao 
cilindro, que vai permitir a passagem do material para o molde. Quando o bico de 
injeção avança e empurra o material para dentro do molde, ele permanece um pouco 
em repouso para garantir uma pressão dentro do molde. 
 
4) Descreva detalhadamente a unidade de fechamento de uma máquina injetora? 
 
É o local onde fica o molde. Temos a placa fixa do molde e a placa móvel, que vai 
fazer o movimento de abrir e fechar o molde. Também tem pinos de extração que vai 
ajudar a extrair a peça, e uma placa suporte para suportar a placa fixa e a placa 
móvel, e a pressão. 
Na unidade de fechamento temos um sistema de canais que é por onde o polímero flui 
até chegar à cavidade do molde. O dimensionamento dele depende do polímero, das 
suas propriedades térmicas e reológicas. Este sistema deve possuir pequena área 
superficial para evitar resfriamento rápido, pois para preencher o molde queremos que 
o material esteja no estado líquido viscoso, e quanto mais alta a temperatura menor a 
sua viscosidade e mais fácil será para preencher o molde. Deve haver diâmetros 
grandes para minimizar a resistência ao fluxo (atrito) e não devem ser muito longos 
para reduzir tempos de resfriamento e perda de material. O sistema de canais é 
constituído pelo: 
 
-Canal de injeção que liga o bico de injeção do canhão da injetora; 
-Canal de alimentação/distribuição que distribui o material dentro do molde até chegar 
ao ponto de injeção. Esse canal deve ser o mais curto possível, utilizando assim 
menos material e menor tempo de fluxo, 
-Ponto de injeção que tem como funções de aumentar a velocidade de resfriamento 
em pontos localizados, aumentar a taxa de cisalhamento, visando reduzir a 
viscosidade do polímero para preencher o molde e facilitar a extração da peça ao 
canal de alimentação. 
 
Na unidade de fechamento também contamos com: 
 
-Sistema de resfriamento 
É responsável por acelerar a solidificação, ou seja, para manter o molde com uma 
temperatura controlada, pois há transferência de calor, e extração da peça. Temos o 
sistema de refrigeração com um fluido refrigerante que pode ser óleo, uma solução 
aquosa, um gás. Quando abrimos o molde, ele vai extrair e então vai sair o canal de 
injeção e as peças. 
- Sistema de fechamento do molde 
Visa manter o molde fechado durante a injeção, evitando assim o vazamento de 
material e gerar pressão. 
-Sistema de extração da peça 
É responsável para garantir a fácil retirada dos moldados, sem que os mesmos sejam 
danificados. É responsável por extrair automaticamente a peça. 
 
5) Qual a função do molde no processo de injeção? 
 
O molde é responsável pelo formato final da peça. Ele pode ser um molde de duas ou 
de três placas. A utilização de um ou de outro será em função da peça que desejamos 
injetar. O molde de duas placas possui uma placa fixa e uma placa móvel, sendo esta 
última a que normalmente promove a ejeção da peça injetada. O molde de três, além 
de conter a placa fixa e a placa móvel, existe também a placa intermediária, com 
movimento intermediário, promovendo tanto a ejeção da peça quanto a separação dos 
canais de injeção do moldado. O molde então é composto por essas placas que dão o 
formato para a peça e para os canais do molde. 
 
6) Explique as etapas do ciclo de injeção. 
 
O ciclo é iniciado pelo fechamento e travamento do molde. Em seguida ocorre a 
plastificação do material polimérico dentro do cilindro, que é realizada por meio da 
rotação da rosca e também por meio do aquecimento do cilindro por resistências 
elétricas. Com isso, ocorre a injeção do polímero plastificado para o interior da 
cavidade ou das cavidades do molde, que ocorre por meio do avanço da rosca. Com o 
preenchimento das cavidades a rosca permanece no estado avançado exercendo 
pressão sob elas por consequência sob o material que está solidificando dentro do 
molde. Com o resfriamento de um material, ele tem a diminuição do seu volume, e 
para compensar essa contração a rosca vai exercer uma pressão de recalque. Com a 
finalização da etapa de recalque, a peça é mantida no molde fechado para completar a 
sua solidificação. Simultaneamente, o processo inicia um novo ciclo de dosagem de 
polímero para a próxima injeção. Quando o recalque termina, ou seja, quando a rosca 
recua paragirar novamente e acumular mais material, é quando o ponto de injeção 
solidifica. O resfriamento segue até a abertura do molde. Finalizado a etapa de 
resfriamento, o molde é aberto e a peça é extraída por ação de extratores mecânicos 
ou, mais comumente, hidráulicos ou elétricos. O ciclo de moldagem é então reiniciado 
por um novo fechamento do molde e etapas posteriores. 
Em resumo, as etapas do ciclo de injeção são: 
 
-Fechamento do Molde 
-Dosagem 
-Injeção 
-Recalque 
-Resfriamento 
-Extração 
 
7) Qual a importância do recalque no ciclo de injeção? 
 
O recalque é extremamente importante no ciclo de injeção visto que tem como 
finalidade compensar a contração da peça moldada durante o seu resfriamento com 
inclusão de mais material polimérico na cavidade do molde. Sabemos que quando um 
material resfria, o seu volume diminui, e para suprir essa diminuição de volume a rosca 
exerce a chamada pressão de recalque, que servirá para manter as macromoléculas 
tensionadas para evitar essa contração da peça. 
 
8) Por que a pressão de recalque deve ser menor que a pressão de injeção? Quais as 
consequências de uma pressão de recalque elevada no processo de injeção? 
 
A pressão de recalque precisa ser constante e menor que a pressão de injeção, pois 
se ela for igual a pressão de injeção a peça será muito tensionada e isso causará 
defeitos na peça. E, se a pressão de recalque for muito elevada, pode resultar em um 
alto nível de tensões residuais na peça final. 
 
9) Como se comporta a pressão no interior da cavidade do molde durante todo o ciclo 
de injeção? 
 
Durante a fase de preenchimento, a pressão aumenta vagarosamente com a entrada 
do polímero fundido na cavidade do molde. Ocorre então o preenchimento volumétrico 
total da cavidade do molde pelo material líquido sem ser compactado. Em seguida, 
ocorre o recalque, onde a pressão sobe rapidamente e atingi um valor máximo. Com 
isso, sob pressão constante, é enviado mais material para a cavidade do molde para 
compensar a contração volumétrica do polímero durante o resfriamento. Esse 
processo continua até que o canal de injeção esteja congelado. Com a solidificação 
gradual do material polimérico, a pressão irá diminuir gradualmente também. 
 
10) Como o material polimérico solidifica no interior do molde? 
 
O polímero irá começar a solidificar das extremidades para o centro visto que a troca 
térmica entre o material polimérico e as paredes do molde é mais efetiva. O material 
irá trocar calor com as paredes do molde até que o canal de injeção, e por 
consequência o ponto de injeção solidifique. Portanto, esse resfriamento acontece de 
forma gradual, onde a temperatura da massa polimérica muda das extremidades para 
o centro. 
 
11) Quais as consequências da viscosidade do material plastificado estar muito baixa 
durante a fase de preenchimento do molde? Quais defeitos isto pode ocasionar? 
Como solucionar este problema? 
 
Se a viscosidade do material plastificado for muito baixa pode ocorrer a formação de 
rebarbas durante o preenchimento do molde. Para solucionar este problema devemos 
diminuir a temperatura do material plastificado na parte final da injetora onde se 
localiza o molde, e reduzir a pressão de injeção e de recalque. É importante garantir 
que a viscosidade do material plastificado esteja correta para preencher o molde a 
uma dada velocidade de injeção para evitar esse defeito na peça injetada. 
 
12) A partir das curvas PVT para dois polímeros hipotéticos responda: 
 
 
 
a) Explique o efeito da pressão e da temperatura de processamento no volume 
específico dos materiais poliméricos. 
Partindo da temperatura ambiente e considerando a pressão ambiente, ocorre o 
aumento de temperatura durante o processamento que irá ocasionar um aumento de 
volume do material, devido à expansão térmica, até um determinado ponto onde 
ocorre a inclinação da reta muda. Esse ponto de inflexão localiza-se na temperatura 
de transição vítrea do material polimérico. Ultrapassando esse ponto o material 
polimérico se encontra no estado líquido viscoso. Esse comportamento ocorre em 
diferentes pressões, e com o aumento de pressão esse ponto irá se deslocar, pois 
será necessária maior temperatura para compensar o aumento de pressão, e a 
viscosidade não aumentar. Considerando a pressão de processamento, o material 
polimérico estará em uma pressão mais elevada que a pressão ambiente. O volume 
do material polimérico irá variar conforme a sua temperatura e pressão. Elevadas 
temperaturas resultam em um aumento maior de volume específico. E elevadas 
pressões diminuem o volume específico. 
b) Ao injetar estes materiais, para qual será necessário uma pressão de recalque 
maior durante o ciclo de injeção? Justifique a sua resposta. 
Por ter uma contração maior, como mostra a análise da curva PVT, o polímero 
semicristalino necessita de uma pressão de recalque maior do que um polímero 
amorfo, que possui uma contração menor. 
c) Qual curva representa um polímero amorfo e qual representa um polímero 
semicristalino? Justifique a sua resposta. 
 
Curva 1 - Polímero semicristalino 
Curva 2 - Polímero amorfo 
 
A curva 1 representa um polímero semicristalino, e curva 2 um polímero amorfo. De 
acordo com o gráfico PVT podemos notar que em certa temperatura ocorre um 
aumento abrupto de volume específico do material. Essa temperatura é característica 
de um polímero semicristalino e se refere à temperatura de fusão (Tm) da região 
cristalina do material. 
Na curva 2 esse aumento abrupto não ocorre, pois polímeros amorfos não apresentam 
temperatura de fusão (Tm), apenas temperatura de transição vítrea (Tg). 
 
13) Como é o comportamento das macromoléculas durante o escoamento do material 
pelo canal de injeção visando preencher o molde? Qual é o efeito da temperatura e da 
pressão de injeção? 
 
Com o aumento de temperatura e sob tensão cisalhante as macromoléculas 
escorregam umas sobre as outras no sentido da tensão aplicada e se orientam, pois 
isso gera uma diminuição na viscosidade. As macromoléculas mais próximas da 
parede do cilindro se encontram orientadas onde o atrito é maximizado. Na parte 
central elas estão pouco orientadas, pois nesta parte a velocidade é máxima devido ao 
pequeno atrito entre as macromoléculas. 
Na parte frontal da rosca, quando o material polimérico é injetado ocorre um aumento 
de pressão, que é denominada pressão de recalque, que força o escoamento e a 
orientação das macromoléculas. A orientação das macromoléculas também aumenta 
com o aumento do tempo de recalque. 
Nas cavidades do molde elas são tensionadas devido à pressão de recalque, e no 
molde propriamente dito elas relaxam, assumindo uma configuração não orientada. A 
orientação irá diminui com o aumento da temperatura do molde, pois com o molde 
mais quente a taxa de troca de calor é menor, ficando a massa mais quente por mais 
tempo dentro do molde. Se o polímero entrar no molde em uma temperatura muito 
elevada, mais irá demorar mais para resfriar, e isso irá permitir que as macromoléculas 
retornem para seu estado mais estável. 
 
14) Relacione três defeitos nas peças moldadas por injeção sugerindo pelo menos 
duas soluções para cada um deles. 
 
Formação de Rebarbas 
Para solucionar este problema devemos primeiramente reduzir a pressão de injeção 
ou velocidade de injeção, para reduzir a força de fechamento do molde. E também 
podemos reduzir a temperatura do material plastificado, para que o material 
plastificado na parte final da injetora, onde se localiza o molde, não fique com uma 
viscosidade muito baixa numa determinada pressão de fechamento do molde, e vaze 
durante o fechamento do molde, criando rebarbas. 
 
Manchas Coloridas 
Para resolver este problema devemos aumentar a contrapressão e velocidade de 
rotação da rosca para garantir uma mistura mais homogênea, e também podemos 
realizar a limpeza da rosca da injetora entre uma troca de material e outra. 
 
Rechupes 
Para sanar esse defeitopodemos aumentar o recalque, ou seja, aumentar a pressão 
de recalque, e se necessário o aumentar tempo de recalque. E também podemos 
aumentar pressão de injeção para que a dosagem seja feita de maneira adequada. 
Referências 
 
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AQUISIÇÃO DA TEMPERATURA E PRESSÃO NO PROCESSO DE 
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