Processos e Propriedades de Materiais Poliméricos

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Materiais PolimMateriais Polimééricosricos
Profa. KProfa. Káátia Monteiro Novacktia Monteiro Novack
Processos de transformaProcessos de transformaççãoão
•• InjeInjeççãoão
•• ExtrusãoExtrusão
•• Moldagem por SoproMoldagem por Sopro
•• Moldagem por CompressãoMoldagem por Compressão
•• CalandragemCalandragem
•• Rotomoldagem (vazamento)Rotomoldagem (vazamento)
InjeInjeççãoão
Principais propriedadesPrincipais propriedades
• Baixo peso específico; 
• Baixa condutibilidade elétrica e térmica; 
• Resistência mecânica aceitável;
• Boa apresentação e acabamento; 
• Facilidade de moldagem. 
ContraContraççãoão
• Diferença entre as dimensões da peça injetada após 
o equilíbrio térmico; 
• Assim o molde deve ser confeccionado de acordo 
com a contração do material. 
Recomendações para reduzir as contrações
• Diminuir a temperatura do material;
• Aumentar a pressão de injeção; 
• Reduzir o limite de carga a ser injetada; 
• Reduzir a temperatura do molde;
• Aumentar o tamanho da entrada da cavidade;
• Aumentar o tamanho do bico; 
• Colocar entradas múltiplas;
• Aumentar o tempo de avanço;
• Aumentar a velocidade de injeção;
• Aumentar o tempo de molde fechado;
• Aumentar a saída de ar da cavidade. 
Tabela de contraTabela de contraççãoão
MMááquinas de injequinas de injeççãoão
• Ampla variedade de equipamentos 
– Unidade de injeção
• 1. Máquina a pistão (convencional) 
– Cilindro horizontal; 
– Cilindro vertical.
• 2. Máquina com rosca-pistão
– Acionamento hidráulico 
– Acionamento elétrico para rotação da rosca 
– Pré-plastificador de rosca, acionamento hidráulico com injeção a 
pistão
MÁQUINAS DE INJEÇÃO
• Para uma boa versatilidade e qualidade: 
1. Cilindro: no mínimo três zonas de aquecimento; 
2. Pressão de injeção: variável de no mínimo 20000 psi 
(1400 kg/cm2), com até 5 estágios; 
3. Velocidade de injeção: variável e controlada, no máximo 
150 cm/min (60 pol/min); 
4. Alimentação ajustável: deve ser precisa a fim de 
controlar o peso e quantidade de material injetado; 
5. Timers: devem ser precisos, com 0,1 seg, a fim de medir 
o tempo de injeção, etc. 
Dados tDados téécnicoscnicos
• SECAGEM:
-Baixo grau de umidade; 
-Pode ser feita em estufas de bandeja, secadores de ar circulante ou funis secadores; 
-Pode ser feita de 2 a 4 horas, a uma temperatura de 60 a 150 °C;
-Recomenda-se que a espessura de material não ultrapasse 2 cm. 
•• GEOMETRIA DOS MATERIAIS:GEOMETRIA DOS MATERIAIS:
-Geralmente colocados em pequenos grãos; 
-Pode-se também colocar aparas, produzidas pela moagem dos refugos;
-Excesso de “pó”, pode causar manchas. 
• LUBRIFICANTES:LUBRIFICANTES:
-Permite que o material flua melhor em funis e tubos de transporte; 
-Evita manchas escuras. 
Figura 8Figura 8-- InjeInjeçção ão 
Fig. 9- Sistema de alimentação indireta
• Entradas:
É um canal que liga o 
sistema de 
alimentação à
cavidade. Possui uma 
dimensão pequena em 
comparação com o 
sistema de 
alimentação
ExtrusãoExtrusão
• Extrusão é um processo de transformação de termoplásticos. O 
processo utiliza um equipamento denominado extrusora que é
constituído de um cilindro aquecido contendo uma rosca interna.Este 
conjunto plastifica a resina.
• A extrusora é alimentada com resina através de um funil alimentador 
(tremonha), situado na seção traseira. A resina é transportada ao 
longo do cilindro pelo movimento de rotação da rosca.
• As resinas são fundidas gradativamente pelo contato com a parede
aquecida do cilindro e o calor gerado pelo cisalhamento da massa
entre a rosca e o cilindro.
• A rosca comprime o polímero através da matriz, que molda o fundido 
na sua forma final.
• Este processo é comum a vários segmentos da terceira 
geração petroquímica, como:
• Extrusão de filmes
• Extrusão de ráfia
• Extrusão de monofilamentos
• Extrusão de chapas
• Extrusão de lâminas
• Extrusão de tubos
• Extrusão de perfis
• Revestimento por extrusão
• Construção de fios e cabos
Figura 10Figura 10-- ExtrusãoExtrusão
Moldagem por soproMoldagem por sopro
•• Processo em geral utilizado na obtenProcesso em geral utilizado na obtençção de peão de peçças ocas atravas ocas atravéés da insuflas da insuflaçção ão 
de ar no interior do molde, de forma a permitir a expansão da made ar no interior do molde, de forma a permitir a expansão da massa plssa pláástica, stica, 
atatéé a obtena obtençção da forma desejada. Aplicão da forma desejada. Aplicáável geralmente vel geralmente àà fabricafabricaçção de ão de 
frascos a partir de termoplfrascos a partir de termopláásticos.sticos.
•• Os processos de moldagem por sopro podem ser separados em 2 tipoOs processos de moldagem por sopro podem ser separados em 2 tipos:s:
-- moldagem por sopro via injemoldagem por sopro via injeçção (e injeão (e injeçção com estiramento):ão com estiramento):
--fechamento do molde sobre a pefechamento do molde sobre a peçça oca.a oca.
--introduintroduçção de ar comprimido para expandir a peão de ar comprimido para expandir a peçça oca ata oca atéé a forma final.a forma final.
--resfriamento e extraresfriamento e extraçção da peão da peçça soprada. a soprada. 
-- moldagem por sopro via extrusão:moldagem por sopro via extrusão:
-- o parison o parison éé produzido via extrusão, o qual produzido via extrusão, o qual éé posteriormente inflado dentro de posteriormente inflado dentro de 
um molde. O processo pode ser contum molde. O processo pode ser contíínuo, onde a prnuo, onde a préé--forma dentro do molde forma dentro do molde 
se move para longe da extrusora e uma nova prse move para longe da extrusora e uma nova préé--forma forma éé instalada em um instalada em um 
novo molde, ou descontnovo molde, ou descontíínuo.nuo.
Figura 11 Figura 11 -- Moldagem por soproMoldagem por sopro
Figura 12 Figura 12 –– Extrusão (parison)Extrusão (parison)
Figura 13 Figura 13 -- ParisonParison
Figura 14 Figura 14 –– PrPréé--formasformas
Moldagem por compressãoMoldagem por compressão
• Muitas resinas termoendurecíveis, como as resinas fenol-formaldeído, 
ureiaformaldeído,melanina-formaldeído, epoxies e fenólicas são 
enformadas por este
processo.
• A resina termoendurecível, que pode ser pré-aquecida, é introduzida num 
molde quente contendo uma ou mais cavidades.
• A parte superior do molde desce e comprime a resina plástica; a pressão 
aplicada e o calor amolecem a resina e o plástico liquefeito é forçado a 
encher a cavidade ou cavidades do molde.
• A continuação do processo é necessária para completar a formação de 
ligações cruzadas na resina termoendurecível, e finalmente a peça é
injetada.
• O material em excesso é posteriormente cortado da peça.
Figura 15 Figura 15 –– Moldagem por compressãoMoldagem por compressão
• Vantagens:
• Devido à sua relativa simplicidade, os custos de fabrico dos 
moldes são baixos.
• O fluxo relativamente baixo do material reduz o desgaste e a 
abrasão dos moldes.
• A produção de peças de grandes dimensões é mais exequível.
• São possíveis moldes mais compactos devido à sua simplicidade.
• Desvantagens:
• São difíceis de produzir por este processo peças com formas
complicadas.
• É difícil que os componentes de uma peça mantenham tolerâncias
apertadas.
• É necessário retirar as rebarbas das peças moldadas.
CalandragemCalandragem
•• O processo de calandragem O processo de calandragem éé utilizado para a confecutilizado para a confecçção de filmes planos, chapas e ão de filmes planos, chapas e 
laminados que são posteriormente termoformados dando origem a prlaminados que são posteriormente termoformados dando origem a produtos para a odutos para a 
indindúústria de embalagens alimentstria de embalagens alimentíícia, farmacêutica, automobilcia, farmacêutica, automobilíística e outras.stica e outras. A Aprincipal vantagem principal vantagem éé obter um material com espessura constante e com um excelente obter um material com espessura constante e com um excelente 
acabamento.acabamento.
•• Este processo consiste em extrusar o polEste processo consiste em extrusar o políímero formando um cordão ou uma fitamero formando um cordão ou uma fita que que 
serseráá depositadodepositado em um sistema de cilindros aquecidos que formam a em um sistema de cilindros aquecidos que formam a 
calandra.calandra. Dependendo da tecnologia utilizada as calandras podem ter nDependendo da tecnologia utilizada as calandras podem ter núúmeros meros 
diferentes dediferentes de cilindros.cilindros. Normalmente, a calandra tem quatro rolos de tamanhos Normalmente, a calandra tem quatro rolos de tamanhos 
distintos, que giram a velocidades ligeiramente diferentes para distintos, que giram a velocidades ligeiramente diferentes para formarformar os filmes, os filmes, 
chapas ouchapas ou laminados. O material passa por um cabelaminados. O material passa por um cabeççote que o distribui a um sistema ote que o distribui a um sistema 
de rolos conferindo espessura e aspecto final ao laminado/chapa.de rolos conferindo espessura e aspecto final ao laminado/chapa.
•• As caracterAs caracteríísticas dos materiais obtidos pelo processo de calandragem são:sticas dos materiais obtidos pelo processo de calandragem são:
-- possibilidade de obterpossibilidade de obter--se materiais planos com ou sem brilho; se materiais planos com ou sem brilho; 
-- transparentes, opacos, ou coloridos; transparentes, opacos, ou coloridos; 
-- baixa permeabilidade ao vapor d'baixa permeabilidade ao vapor d'áágua; gua; 
-- produtos atprodutos atóóxicos; xicos; 
-- espessura constante; espessura constante; 
-- obtenobtençção de materiais rão de materiais ríígidos ou flexgidos ou flexííveisveis. . 
•• As principais aplicaAs principais aplicaçções em materiais rões em materiais ríígidos são:gidos são:
-- chapas para termoformagem visando aplicachapas para termoformagem visando aplicaçções tipo "ões tipo "blister"blister"; ; 
-- confecconfecçção de cartões de crão de cartões de créédito e de uso geral; dito e de uso geral; 
-- rróótulos, etc. tulos, etc. 
•• As principais aplicaAs principais aplicaçções em materiais flexões em materiais flexííveis são:veis são:
-- lonas de caminhão; lonas de caminhão; 
-- laminados para "laminados para "bannersbanners"; "; 
-- laminados para toldos; guardalaminados para toldos; guarda--ssóóis e coberturas; is e coberturas; 
-- laminados para confeclaminados para confecçção de bolsas de sangue e soro; ão de bolsas de sangue e soro; 
-- aplicaaplicaçções industriais como confecões industriais como confecçção de "ão de "bigbig--bagsbags", e geo", e geo--
membranas entre outras. membranas entre outras. 
Figura 16 Figura 16 -- CalandragemCalandragem
Figura 17 Figura 17 –– Calandras (rolos)Calandras (rolos)
RotomoldagemRotomoldagem
• O processo desenvolvido por volta de 1940, no início atraiu pouca 
atenção por ser considerado um processo lento e limitado pelo 
número restrito de materiais rotomoldáveis. Contudo, com os 
melhoramentos ocorridos no controle de processo e o 
desenvolvimento das novas resinas pulverizadas ou líquidas teve 
início uma aplicação em larga escala na indústria de transformação.
• Moldagem rotacional ou rotomoldagem é um processo desenvolvido 
para produção de peças ocas, sem costura, de todos os tamanhos 
e formas. Tradicionalmente tem maior aplicação na transformação 
de materiais termoplásticos e ultimamente tem sido aplicado na 
moldagem de polietilenos reticulados e alguns termofixos.
• Mais de 80% dos materiais utilizados atualmente em rotomoldagem 
ainda são os polietilenos. Outros materiais rotomoldáveis são os 
plastisóis, nylons, polipropilenos, poliacetais, policarbonatos, ABS 
entre outros.
Figura 18 Figura 18 –– Rotomoldagem (a)Rotomoldagem (a)
Vantagens da Moldagem Rotacional
• 1. Os moldes apresentam menores custos em comparação com moldes para outros 
processos de moldagem;
• 2. Produz peças sem emendas, livres de tensões, totalmente fechadas ou com aberturas em 
um único ciclo;
• 3. Possibilitam a moldagem de peças com paredes uniformes (sem redução de espessura 
nas extremidades);
• 4. Possibilitam produzir peças com grande variedade de texturas superficiais, acabamentos e 
cores;
• 5. Possibilitam produzir peças com multicamadas com diferentes materiais;
• 6. Apresentam flexibilidade para produção desde peças pequenas e intrincadas até peças 
complexas de grande porte;
• 7. Possibilitam aplicação de insertos metálicos antes ou depois da moldagem;
• 8. Apresentam resultados econômicos nas produções de pequenos ou grandes lotes e no 
desenvolvimento de protótipos;
• 9. Possibilitam a moldagem de pequenas reentrâncias com nenhum ângulo de saída.
PRINCPRINCÍÍPIOS DE REOLOGIAPIOS DE REOLOGIA
•• O termo O termo ““reologiareologia”” tem sua origem no grego, e significa tem sua origem no grego, e significa 
““o estudo do escoamentoo estudo do escoamento””. . ÉÉ tambtambéém, em um sentido m, em um sentido 
mais geral, o estudo da deformamais geral, o estudo da deformaçção da matão da matééria, pois ria, pois 
em uma deformaem uma deformaçção, ocorre mudanão, ocorre mudançça de posia de posiçções ões 
relativas.relativas.
–– Tipos de escoamentos:Tipos de escoamentos:
1.1. UnidirecionalUnidirecional
2.2. EstacionEstacionááriorio
3.3. LamelarLamelar
4.4. TurbulentoTurbulento
•• OBS: Para existir turbulência em um escoamento, a OBS: Para existir turbulência em um escoamento, a 
velocidade deve ser alta, viscosidade baixa e/ou o canal velocidade deve ser alta, viscosidade baixa e/ou o canal 
deve ter uma grande sedeve ter uma grande seçção reta. O critão reta. O critéério de turbulência rio de turbulência 
mais usado mais usado éé o de No. de Reynolds:o de No. de Reynolds:
•• Re = Re = D v D v ρρρρρρρρ
µµµµµµµµ
Onde: D = diâmetro, v = velocidade, Onde: D = diâmetro, v = velocidade, 
ρρ = densidade e = densidade e µµ = viscosidade= viscosidade
•• PolPolíímeros fundidos: alta viscosidade (não hmeros fundidos: alta viscosidade (não háá turbulência)turbulência)
•• SoluSoluçções diluões diluíídas: ocorrem turbulências (deformadas: ocorrem turbulências (deformaçções)ões)
DeformaDeformaçção reversão reversíívelvel (elasticidade) (elasticidade) –– o trabalho envolvido o trabalho envolvido 
na deformana deformaçção de um corpo perfeitamente elão de um corpo perfeitamente eláástico stico éé
recuperado durante a retrarecuperado durante a retraçção;ão;
DeformaDeformaçção irreversão irreversíívelvel –– o trabalho envolvido durante o o trabalho envolvido durante o 
escoamento escoamento éé dissipado, sob a forma de calor.dissipado, sob a forma de calor.
No caso de sNo caso de sóólido ellido eláástico ideal stico ideal →→→→→→→→ energia energia éé
armazenada durante a deformaarmazenada durante a deformaçção.ão.
•• MMóódulo de elasticidadedulo de elasticidade = resistência do material s= resistência do material sóólido lido 
àà deformadeformaççãoão
E = E = σσσσσσσσ
εεεεεεεε
ReologiaReologia
A) Viscosidade e processamento: 
γη=τ &
τ
η
(tensão de cisalhamento)
(taxa de deformação)
(viscosidade do fluido)
γ&
Valores tValores tíípicos de taxa de deformapicos de taxa de deformaççãoão
•• ProcessoProcesso Taxa de deformaTaxa de deformaçção ão ((ss--1)1)
Moldagem por compressãoMoldagem por compressão 11--1010
CalandragemCalandragem 1010--100 100 
ExtrusãoExtrusão 100100--1000 1000 
Moldagem por injeMoldagem por injeççãoão 10001000--101055
Valores de viscosidade para vValores de viscosidade para váários rios 
materiaismateriais
Substância ou sistemaSubstância ou sistema Viscosidade Viscosidade ((MPasMPas))
•• ArAr 1010--55
•• ÁÁguagua 1010--33
•• Latex polimLatexpolimééricosricos 1010--33--1010--22
•• ÓÓleo de olivaleo de oliva 1010--11
•• TintasTintas 1010--22--1010--11
•• GlicerolGlicerol 1010
•• Resinas para artigos resina/fibra de vidroResinas para artigos resina/fibra de vidro 5050
•• TermoplTermopláásticos fundidossticos fundidos 101022--101066
•• Elastômeros antes da curaElastômeros antes da cura 101022--101066
RelaRelaçção reologia/processamento ão reologia/processamento 
/morfologia/morfologia
•• RelaRelaçção do ão do ííndice de fluidez com o tipo de ndice de fluidez com o tipo de 
processo (extrusão e injeprocesso (extrusão e injeçção)ão)
•• Influência do processo de resfriamento sobre a Influência do processo de resfriamento sobre a 
cristalinidade cristalinidade 
•• Fratura do fundido em funFratura do fundido em funçção da elasticidade ão da elasticidade 
do poldo políímero e da geometria do escoamentomero e da geometria do escoamento
•• No caso de fluidos, defineNo caso de fluidos, define--se uma propriedade se uma propriedade 
chamada viscosidade como sendo a resistência interna chamada viscosidade como sendo a resistência interna 
do fluido ao escoamento, ou a energia dissipada para do fluido ao escoamento, ou a energia dissipada para 
causar o escoamento de um cubo unitcausar o escoamento de um cubo unitáário de fluido rio de fluido 
com um gradiente unitcom um gradiente unitáário de velocidade.rio de velocidade.
•• A viscosidade pode ser vista como sendo o A viscosidade pode ser vista como sendo o ““mmóódulodulo””
do fluido.do fluido.
Para fluidos simples, o estudo reolPara fluidos simples, o estudo reolóógico envolve gico envolve 
geralmente a determinageralmente a determinaçção da viscosidade, para estes ão da viscosidade, para estes 
materiais a viscosidade depende principalmente de materiais a viscosidade depende principalmente de TT e e 
PP..
No caso de polNo caso de políímeros, o estudo reolmeros, o estudo reolóógico jgico jáá éé mais mais 
complexo pois alcomplexo pois aléém da viscosidade variar de um modo m da viscosidade variar de um modo 
complexo com a taxa de cisalhamento, os fluidos complexo com a taxa de cisalhamento, os fluidos 
polimpolimééricos exibem propriedades que dependem do peso ricos exibem propriedades que dependem do peso 
molecular, da estrutura do polmolecular, da estrutura do políímero, da concentramero, da concentraçção de ão de 
aditivos e da temperatura.aditivos e da temperatura.
⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓
Isto ocorre porque os polIsto ocorre porque os políímeros apresentam uma meros apresentam uma 
natureza viscoelnatureza viscoeláástica, ou seja, exibem um stica, ou seja, exibem um 
comportamento no escoamento que comportamento no escoamento que éé a combinaa combinaçção de ão de 
escoamento viscoso irreversescoamento viscoso irreversíível, devido ao deslizamento vel, devido ao deslizamento 
das cadeias de poldas cadeias de políímeros, juntamente com um meros, juntamente com um 
escoamento elescoamento eláástico reversstico reversíível, que vel, que éé dependente do dependente do 
tempo e ocorre devido aos entrelatempo e ocorre devido aos entrelaççamentos amentos 
((““entanglementsentanglements””) que impedem um movimento ) que impedem um movimento 
macromolecular maior.macromolecular maior.
Influência da temperatura Influência da temperatura →→→→→→→→ Abaixo da Tg, os Abaixo da Tg, os 
polpolíímeros são essencialmente smeros são essencialmente sóólidos ellidos eláásticos, sticos, 
podendo mesmo assim escoar um pouco; acima da podendo mesmo assim escoar um pouco; acima da 
Tm são como se fossem lTm são como se fossem lííquidos, mas apresentando quidos, mas apresentando 
mesmo assim evidências de elasticidade. Entre Tg e mesmo assim evidências de elasticidade. Entre Tg e 
Tm, se encontram no estado borrachoso (Tm, se encontram no estado borrachoso (““rubberyrubbery””), ), 
onde mostram caracteronde mostram caracteríísticas intermedisticas intermediáárias rias ––
viscoelviscoeláásticas sticas –– mais marcantes.mais marcantes.
Ex.Ex.: : ““die swelldie swell”” em processamento de polem processamento de políímeros meros 
em extrusãoem extrusão
Influência do tempoInfluência do tempo →→→→→→→→ A resposta elA resposta eláástica de um stica de um 
polpolíímero depende tambmero depende tambéém da escala de tempo, m da escala de tempo, 
sendo que esta resposta sendo que esta resposta éé mais rmais ráápida pida àà
temperaturas mais altas.temperaturas mais altas.