Aula 12 Processos de transformação de polímeros

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Aula 12- Processos de transformação de Polímeros
Prof. Dr. Rita Sales
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Principais Processos de Transformação
Os produtos plásticos podem ser moldados em vários processos de transformação, onde as diversas resinas poliméricas em formato de grânulos, pó ou líquidos, depois de aquecidas e/ou catalisadas, podem ser processadas pelos métodos de:
 Extrusão 
 Sopro
 Injeção
 Termoformagem
 Calandragem
 Rotomoldagem
RIM
Compressão
Fundição
Fiação
Imersão
Prototipagem rápida
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Extrusão:
A matéria-prima é amolecida é e sua saída é forçada através de uma matriz instalada no equipamento denominada rosca extrusora, produzindo um produto que conserva a sua forma ao longo de sua extensão, após seu resfriamento.
Aplicação: fabricação de produtos flexíveis, como embalagens, sacolas, sacos e bobinas também conhecidos como filme, após o processo de extrusão, podem ser modelados no produto final com soldas e cortes e produtos rígidos ou semi-rígidos, como tubos, perfis, mangueiras e chapas.
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Extrusão: Moldagem por injeção de um termoplástico viscoso através de uma matriz com extremidade aberta. Uma rosca sem fim empurra o material peletizado compactando fundindo e conformando pelo orifício da matriz. Bastões tubos filamentos mangueiras
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Esquema de um Processo Extrusão de Tubos
Esquema de um Processo Extrusão de Filmes
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Películas e filmes:Possuem espessuras entre 0,025 e 0,125 mm. Usados como sacos para embalagens. São extrudados por um fino rasgo seguido por uma laminação para reduzir a espessura e melhorar a resistência
Ex: polietileno, polipropileno, celofane e acetato de celulose 
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Sopro:
A matéria-prima amolecida pelo calor no canhão da extrusora, é forçada através de uma matriz e ou fieira, formando uma mangueira. Quando o molde fecha sobre esta mangueira é introduzido uma agulha onde o ar é soprado, forçando o material a ocupar as paredes ocas do molde formando a peça. Após o resfriamento a peça é extraída.
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Injeção / Sopro – Préforma
É um processo conjugado de injeção e sopro.
Desenvolvido para moldar a matéria-prima PET. A resina PET tem características muito peculiares, onde o produto pode ser moldado em dois processos distintos, sem comprometer suas características de resistência e transparência. O PET é injetado no formato de uma pré-forma, sem nenhum ar internamente. Quando aquecida no segundo processo, dentro do equipamento próprio e especial, ar é soprado internamente tomando o formato do produto final.
 Este processo é para produtos de frascaria, usados em refrigerantes, água mineral, etc.
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Injeção:
A matéria-prima amolecida pelo calor dentro do cilindro de injeção e sob pressão é injetada através de canais de injeção do molde para o interior das cavidades, as quais reproduzem o produto a ser fabricado. A máquina utilizada neste processo, denomina-se injetora. O produto é extraído depois de resfriado o suficiente para manter a forma e as dimensões necessárias.
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Injeção
Material peletizado é empurrado através de uma câmara de aquecimento para dentro de uma matriz. 
A pressão é mantida até o esfriamento
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Injeção Multimaterial
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Exemplos de injeções Multimateriais
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Injeção Combinada
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Co-injeção
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Watermelt
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Processos complementares tipo caladragem com ou sem laminação:
Onde são agregados outros materiais não plásticos como tecidos, metais para produção de mancais, isolantes, toalhas de mesa, bem como embalagens de várias camadas com papel, metal e outros
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Laminação:
Este processo com superposição de materiais como papel, papelão, metais, previamente tratados com resina termoplástica, forma um sanduíche” que é prensado com aquecimento, proporcionando a aderência total das camadas, resultando em produtos altamente resistentes.
Havendo indicação técnica em ter as espessuras uniformes e ou dimensionalmente controladas utiliza-se o sistema de caladragem, ou seja, o estiramento por dois ou mais cilindros.
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Pultrusão
O processo de pultrusão é um método de fabricação contínuo, mecanizado, para produtos de seção uniforme, em resina poliéster, epóxi-estervinílica ou fenólica reforçada com fibras de vidro, de performance superior aos materiais convencionais
1. Fios em fibra-de-vidro responsáveis pela resistência longitudinal dos perfis.
2. Manta em fibra-de-vidro responsável pela resistência transversal dos perfis.
3. Tanque de resina onde é feita a impregnação dos fios e mantas em fibra de vidro 
4. Véu
5. Ferramenta de pultrusão onde ocorre a cura da resina. o perfil toma sua forma e torna-se rígido.
6. Puxadores
7. Perfil pultrudado
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Rotomoldagem
A matéria-prima fluída e sob rotação modela os produtos. Este processo é muito utilizado nas resinas elastoméricas (emborrachado) para produzir cabeças de bonecas, peças ocas, câmeras de bola, grandes contêineres e peças rígidas de alta complexidade na extração do molde.
O material é alimentado no interior das cavidades, sob a forma de pó.
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Termoformagem / Vácuo -Formagem/Vacumforming
Moldagem de produtos a partir do aquecimento de uma chapa de resina termoplástica, que introduzida no molde fixado em uma prensa e acionado molda o produto. A moldagem pode ser feita com a utilização de ar quente, o qual suga a chapa dentro da cavidade ou aquecimento do molde, moldando a chapa sem utilização de ar. Este processo é utilizado na maioria dos produtos de vasilhames descartáveis, como copos, pratos, etc... 
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Vácuo-formagem
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RIM ( Reaction Injection Molding):
Diversos materiais são produzidos pela tecnologia de moldagem por injeção e reação (RIM). Aproximadamente, 40% dos materiais produzidos são elastômeros com módulo de flexão para materiais não reforçados entre 7 MPa a 965 MPa.
Os PU’s estruturais produzidos por RIM, que são uma combinação de PU com fibra de vidro, têm tido aumento em sua utilização. A área de desenvolvimento mais recente é a de sistemas rígidos de alto módulo. As espumas estruturais representam um terço dos materiais produzidos.
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Sistemas RIM não poliuretânicos, como de diciclopentadieno ou náilon, respondem por 15% do mercado.
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Vantagens:
Fabricação de artigos moldados a partir de componentes líquidos, com velocidades de produção competitivas com o processo convencional de moldagem de termoplásticos.
Por envolver poucas operações, o processo RIM tem encontrado aceitação por causa do:
baixo custo relativo de capital; baixo consumo energético; e uma grande gama de propriedades de compostos que podem ser obtidas, desde PU’s elastoméricos até PU’s rígidos carregados com fibra de vidro, e poliuréias.
O processo RIM permite a automatização requerida nas produções em massa.
Pressões internas dos moldes são da ordem de 700 a 1400 kPa, em comparação com as de 7000 a 35000 kPa, dos materiais termoplásticos sólidos mais difíceis de serem processados.
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Compressão
Moldagem de produtos a partir do aquecimento de pré-formas ou diretamente do pó.
Utilizada para a moldagem de materiais termofixos.
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Transferência:
Moldagem de produtos a partir do aquecimento de materiais termofixos, a partir do pó ou de pré-formas, que se dá em duas etapas:
 Compressão
 Transferência do material para dentro das cavidades
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Compressão
Polímero prensado contra matrizes aquecidas apenas uma é móvel
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Fundição ou Casting:
É um processo para baixa produção, quase sempre utilizado para a fabricação de protótipos. Consiste em despejar a resina líquida adicionada a outras substâncias que promovem endurecimento (catalisadores ou agentes de cura) dentro de um molde.
Na fundição podem ser utilizadas tanto resinas
termoplásticas como resinas termorrígidas
(termofixas).
Não é empregado aquecimento ou pressão.
Este método é usado para a produção de brindes,
pequenos adornos, amostras para microsc dentre
outros.
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Fiação
Poliacrilonitrila:
( 93-99% PAN)
Co-monêmeros: metil metacrilato, ácido itacônico, ácido metacrílico, metil acrilato, metil vinil piridina e vinil acetato.
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Imersão
É um processo de fabricação de plástico em que um ferramental macho ou peça a receber cobertura plástica é imergido num tanque contendo plástico fundido.
Pode-se repetir a operação até obter a espessura de material desejado.
O processo é usado para fabricação de luvas de latex, balões (bexigas), coberturas em cabos de ferramentas e encapsulamento de cabos e componentes elétricos, entre tantos outros.
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Ilustração de um processo de dupla operação de imersão
Adaptado de: http://www.patentesonline.com.br/luva-de-latex-e-metodo-para-fabricar-um-artigo-de-latex-com-uma-textura-de-superficie-190412.html
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Método para fabricar um artigo de látex com uma textura de superfície geometricamente definida (patente)
Aplicar uma cobertura coagulante polimérica à superfície do molde.
A cobertura torna-se pegajosa durante a secagem.
Aplicar partículas coagulantes discretas de tamanho, formato e distribuição selecionados à cobertura pegajosa.
Para fixar e projetar a partir da superfície do molde com a cobertura coagulante polimérica, imergir o molde em uma emulsão de látex aquosa, em que a cobertura coagulante polimérica desestabilize o látex, desenvolvendo desse modo uma camada de látex.
Vulcanizar e extrair o artigo de látex do avesso, e dissolver as partículas coagulantes discretas em água ou solventes adequados para revelar a textura geometricamente projetada com o tamanho, formato e distribuição predeterminados de impressões.
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PROTOTIPAGEM RÁPIDA
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O processo RP originou-se na década de 1980, impulsionado pelo desejo de se agilizar o processo de fabricação de protótipos.
Vários métodos de RP foram (e continuam sendo) desenvolvidos e patenteados.
O processo se tornou tão rápido que deixou de ser apenas destinado a produção de protótipos e ganhou espaço na produção de pequenas séries.
Prototipagem Rápida (RP) - Introdução
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Essencialmente, a RP é uma impressão 3D comandada por sistemas CAD (Computer Aided Design)
Diferentemente da usinagem, adiciona material ao criar uma forma em vez de retirar cavaco.
Resinas plásticas e grânulos poliméricos são as matérias primas mais utilizadas na RP. Mas alguns métodos utilizam lâminas de celulose ou madeira ou filmes plásticos.
Prototipagem Rápida (RP) - Introdução
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Histórico e Tecnologias RP
EUA, 1987- A 3D Systems cria o processo de estereolitografia (StereoLithography - SL).
O SL é um processo que solidifica camadas (layers) de resina foto-sensível por meio de laser.
A máquina SLA – 250 é uma das RP-machine mais utilizadas atualmente. 
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Vantagens:
– Não necessita de moldes ou ferramentas auxiliares
– Fabricação independente da geometria da peça
– Elevado nível de automação
Desvantagens:
– Poucos materiais disponíveis (limitação de aplicação);
–Precisão e acabamentos superficiais inferiores aos das peças obtidas por usinagem;
– Limitação na quantidade de peças (pelo custo);
– Pode ocorrer distorções, empenamentos e até inchamentos (higroscopia)
– Custo de implementação elevado.
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Histórico e Tecnologias RP
Após a empresa 3D Systems iniciar  a comercialização de máquinas tipo SL nos EUA, as empresas japonesas NTT Data e Sony/D-MEC passaram a comercializar suas versões de máquinas de estereolitografia em 1988 e 1989, respectivamente.
Em seguida, vieram outras tecnologias e fabricantes...
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Tecnologias RP
Fused Deposition Modeling - FDM: A tecnologia FDM faz deposição de filamentos estrudados de materiais termoplásticos camada por camada, semelhante à estereolitografia, só que utilizando um cabeçote de fusão do material em vez de cabeçote laser. 
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Tecnologias RP
Solid Ground Curing SGC: processo similar a estereolitografia, pois usa radiação ultravioleta para endurecer, de forma seletiva, polímeros fotossensíveis. Contudo, este processo cura uma camada inteira de uma vez. Em primeiro lugar, a resina foto-sensível é borrifada sobre a plataforma de construção. A seguir, a máquina gera uma foto-máscara correspondente à camada a ser gerada. Esta foto-máscara é impressa sobre uma placa de vidro acima da plataforma de construção.
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Tecnologias RP
Solid Ground Curing SGC: (cont.). A máscara é exposta à radiação ultravioleta, que passa através das porções transparentes da máscara, endurecendo seletivamente as porções desejadas de polímero. Após a cura da camada, a máquina succiona o excesso da resina líquida. 
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Tecnologias RP
Laminated Object Manufacturing – LOM: corta e cola (solidifica) folhas de termoplásticos, reforçado ou não, com fibras usando laser controlado  por computador.
Folhas de papel também podem ser utilizadas no processo.
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Tecnologias RP
Selective Laser Sintering – SLS: funde seletivamente pós metálicos e pode ser utilizado para obtenção direta de matrizes de injeção.
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Tecnologias RP
Laser Engineered Net Shaping – LENS: similar ao SLS, porém com maior potência e rapidez, além de tecnologia inovadora em relação a este.
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Tecnologias RP
Direct Shell Production Casting - DSPC: utiliza um mecanismo de jato de tinta para depositar líquido agregante em pós cerâmicos para produção de cascas que podem por sua vez serem utilizados na produção de moldes e peças injetadas em Alumínio
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Máquinas RP
As máquinas confundem-se com os processos de obtenção da RP. Seus fabricantes estão localizados principalmente nos seguintes países: EUA, Japão e Alemanha.
Empresas manufatureiras de máquinas, ferramentas, moldes, entre outras, de todo o mundo estão cada vez mais aderindo à prototipagem rápida.
Há quem diga que o processo virá a ser chamado de Manufatura Rápida.
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Espumas
Materiais plásticos muito porosos são produzidos por espumação: Tanto termoplásticos como termofixos podem ser produzidos por espumação. 
O polímero é produzido na forma de grânulos, frequentemente contendo um agente de expansão. Durante o processo de pré-expansão, o grânulo aumenta seu diâmetro em até 50 vezes.
São injetados em uma matriz, com os grânulos individuais fundindo-se uns aos outros, sob vapor, para formar produtos leves com baixa densidade
Adiciona-se um agente de espumação que quando aquecido libera um gás com a sua decomposição. As bolhas de gás são geradas em toda a massa fluída durante o aquecimento. Após o resfriamento tem-se a formação de poros tipo esponjas. Pode-se conseguir algo parecido borbulhando um gás inerte no material fundido. 
Materiais submetidos a espumação: Poliuretano, borracha Poliestireno (isopor) cloreto de polivinila (PVC).
Ex.: copos descartáveis, material para embalagem e isolamento.
 
Dúvidas?
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