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Processo de Injeção de Plástico

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UNIVERSIDADE PAULISTA
Curso de Engenharia
INJEÇÃO DE PLÁSTICO
Barueri
2017
O que é Injeção de plástico?
O processo de moldagem por injeção consiste em fundir o plástico na extrusora, utilizando o parafuso desta para injetar o plástico em um molde, onde é resfriado. A consistência, ou eliminação de resíduos e economia de tempo, é tão importante quanto a produção em uma operação de moldagem.
História:
Tudo começou por volta de 1860 quando o inglês Alexandre Pakers iniciou seus estudos com o nitrato de celulosa, um tipo de resina que ganhou o nome de “Parkesina”. O material era utilizado em estado sólido e tinha como características principais flexibilidade, resistência a água, cor opaca e fácil pintura.Em 1862, ocasião da Exposição Internacional de Londres, Pakers apresentou as primeiras amostras do que podemos considerar o antecessor da matéria-plástica, ponto central de uma grande família de polímeros que nos dias de hoje contem centenas de componente. Hyatt obteve sucesso em 1870, aperfeiçoando a celuloide uma versão comercial do nitrato de celulose com adição de piroxilina, cânfora, álcool, polpa de papel e serragem, assim nasceu a primeira matéria-prima.
Por volta dos anos 30 criaram o poliestireno, que tem como material base o eteno e o benzeno. Mas sua produção comercial só foi iniciada em 1936, na Alemanha. No início dos anos 60. F.H. Lambert desenvolveu o processo para moldagem de poliestireno expandido. O plástico substituiu com vantagens uma série de matérias-primas utilizadas pelo homem há milhares de anos, como o vidro, madeira, algodão, celulose e metais. Além disso, ao substituir matérias-primas de origem animal, como couro, lã e marfim, possibilitou o acesso a bens de consumo pela população.
Depois da descoberta do poliestireno, polietileno, PVC (Policloreto de Vinila), poliamidas (Nylon) e poliéster, o conhecimento dos mecanismos de polimerização contribuiu, nos últimos anos, para o surgimento de outros materiais plásticos com característica físico-mecânica e de alta resistência ao calor, os chamados tecnopolímeros ou polímeros.
Nos dias de hoje, o plástico é considerado essencial para o progresso da humanidade. O aperfeiçoamento das tecnologias de transformação viaja na mesma intensidade da história dos polímeros.
Matéria Prima
	Antes de falarmos sobre o processo de Injeção vamos abordar a matéria prima sem a qual não existiria este processo produtivo. A matéria rima utilizada no na injeção plástica consiste em um polímero (resina) que é oriunda do petróleo.
A mistura de hidrocarbonetos complexos é transformada em moléculas de hidrocarbonetos pequenas e homogéneos. Ex: Etileno (C2), propileno (C3), buteno (C4), hexeno (C6), octeno (C8) por processos petroquímicos como destilação fracionada e craqueamento a vapor. 
Figura.X. Processo de obtenção a partir do petróleo
Essas pequenas moléculas são transformadas em moléculas regulares longas por processos de polimerização usando diferentes tipos de reator e catalisadores. Um polímero contém moléculas com comprimento diferente. 
 
Figura.X. Transformação de moléculas no processo de polimerização
Injeção de plástico
O processo de moldagem por injeção consiste na fusão da resina PET (Polietileno tereftado), através do amolecimento do PET num cilindro aquecido e sua injeção no interior de um molde, onde endurece e toma a forma final.
 A peça moldada é, então, extraída do molde por meio dos pinos ejetores, ar comprimidos, prato de arranque ou outros equipamentos auxiliares. Cada material possui suas características reológicas e por isso cada rosca deve ser projetada de forma a fundir o material antes da injeção, promover a homogeneização da temperatura do fundido, a dispersão de pigmentos e/ou aditivos como manter a temperatura, pressão e cisalhamento sobre controle para não provocar a degradação do material.
Um ciclo completo consiste das seguintes operações:
- Dosagem dos grãos de PET previamente secos no cilindro de injeção.
- Fusão do PET até obter a fluidez necessária á injeção.
- Injeção do material fundido no molde fechado.
- Resfriamento do material até a solidificação.
- Extração do produto.
Figura.X. Ilustração do Fluxo de Injeção
Injetora
O equipamento de injeção é constituído por dois componentes principais: 
 Unidade de injeção – funde e “entrega” o polímero fundido.
Unidade de InjeçãoUnidade de fixação – abre e fecha o molde em cada ciclo de injeção.
Unidade de Fixação
Figura.X.Esquema de Injetora de Plástico
Parâmetros importantes para se ter sucesso na injeção de plásticos :
Material plástico deverá estar na temperatura ideal.
As propriedades intrínsecas do plástico a ser injetado devem ser apropriadas ao produto na qual irá ser moldado.
O molde ser de ótima confecção, facilitando o preenchimento e 
 
Figura .X. Moldes de Injeção ( Macho e Fêmea).
Extração da peça.
Ter ciclos de produção eficientes.
Os processos de obtenção de peças injetadas em PET contam com 5 etapas distintas, são elas:
1ª Etapa - Secagem: a secagem da resina PET é uma das mais importantes e críticas.
2ª Etapa – Alimentação: é a transição entre o silo e a entrada do PET na plastificadora.
3ªEtapa – Plastificação: É uma etapa muito importante e delicada. Pois é nela que o PET muda de estado físico para ser injetado. As temperaturas de trabalho, geralmente são controladas por resistências, que variam de acordo o equipamento e devem ser ajustadas de 265º a 295ºC, de forma a evitar degradação por excesso de temperatura.
Na figura podem ser notadas as regiões em que se divide a rosca de injeção:
Alimentação: Geralmente é curta, tem por finalidade transportar os grânulos sólidos para a próxima região, o diâmetro do núcleo permanece constante e o ângulo de inclinação dos filetes é da ordem de 15 – 20º;
Compressão: (ou plastificação): É a maior parte da rosca. É a zona onde se inicia a plastificação onde o material será comprimido e cisalhado. Ao final, o material está praticamente todo fundido;
Homogeneização: (região final da rosca): Nesta zona a plastificação é completada e o material atinge sua máxima homogeneidade.
Processo de Plastificação: Aproximadamente 80% do calor requerido na extrusora para fundir o PET é proporcionado pelo calor gerado pela fricção das moléculas entre si. O resto é proporcionado pelas cintas de aquecimento (resistências). O PET é fundido completamente através de combinação de cisalhamento ao quais os grãos são submetidos quando comprimidos ela rosca e aquecimento através das resistências. A taxa de cisalhamento é indiretamente controlada através da velocidade da rosca e da contrapressão (quanto maior a contrapressão, maior a taxa de cisalhamento). O perfil de temperatura varia de acordo com a resina e presença de pigmentos ou outros aditivos.
 
Figura.X. Polímeros	 Figura.x.Mudança de estado na plastificarão
 
Para evitar degradação do PET minimizar a temperatura de fusão do PET.
Reduzir a temperatura das cintas de aquecimento.
Reduzir a velocidade de cisalhamento (contrapressão e velocidade da rosca)
- Minimizar o tempo de residência do PET no canhão no estado fundido com as considerações acima tentamos evitar geração de acetaldeído e a queda de viscosidade intrínseca.
4º Etapa – Injeção: É a injeção propriamente dita, quando o PET plastificado é transferido para o molde, preenchendo sua (s) cavidade (s). Esta função é executada pelo próprio parafuso sem fim ou por um pistão auxiliar que recebe o PET plastificado do parafuso. O molde de injeção encontra-se fechado por um sistema adequado a suportar as pressões envolvidas durante o processo de injeção. Estando o molde a baixa temperatura devido à circulação de água gelada em seu interior, o material endurece rapidamente (durante o tempo de resfriamento), formando a peça. Se o resfriamento fosse lento, ele poderia retornar parcialmente ao estado cristalizado,debilitando algumas propriedades do produto final. Ao final desta etapa, a peça está com sua forma definitiva, pronta para ser extraída após a abertura do molde. Um parâmetro a considerar durante a injeção é a “Velocidade de injeção”. Esta velocidade é a de preenchimento do molde de injeção e pode variar de acordo com o tamanho da pré-forma. O perfil de velocidade de injeção deve ser ajustado para que se tenha um fluxo constante de velocidade e enchimento do molde. Normalmente 90% da dosagem de material ocorrem com pressão alta de injeção, e o restante se enche com baixa pressão (retenção). Outro parâmetro é o recalque, que é a parte do processo de injeção que se realiza a baixa pressão e tem a finalidade de compactar a peça para evitar a contração da mesma, além de evitar outros defeitos como rechupes, quebra da peça, má formação, fiapos.... Geralmente se realiza em 4 etapas.
1ª Fase: empregada para dar acabamento ao gargalo, evitando peças incompletas.
2ª Fase: empregada para compactar o corpo da pré-forma para evitar rechupes pela contração do material.
3ª Fase: aplicada principalmente no ponto de injeção, evitando perfurações no mesmo.
5ª Fase – Ejeção: Na quinta e última etapa, o produto é retirado ou ejetado da máquina, estando pronto para ser estocado e comercializado.
Figura.X. Demonstração das etapas de Injeção.
Variáveis de controle durante o processo de injeção:
PRESSÃO DE INJEÇÃO: A pressão de injeção é a pressão necessária para promover o preenchimento da cavidade pelo material plástico fundido. A intensidade da pressão de injeção depende de alguns fatores:
Tipo de material - quanto maior a viscosidade do material, mais difícil se torna o preenchimento da cavidade, portanto a pressão necessária para fazer o material fluir e preencher a cavidade será maior.
Complexidade da peça - Curvas, ressaltos, nervuras e paredes finas dificultam o fluxo do material dentro da cavidade além de causar resfriamento precoce do material, causando aumento da viscosidade e, portanto, dificultando o fluxo do material. Devido a estes obstáculos o nível da pressão de injeção deve ser maior que em peças menos complexas.
Temperatura do molde - Quanto maior a temperatura do molde, menor será a perda de temperatura do material durante o preenchimento da cavidade, diminuindo assim o aumento da viscosidade do material. Dessa forma, é possível utilizar pressão de injeção menor quando se utiliza temperaturas apropriadas no molde. De uma forma geral, a pressão de injeção ideal para uma determinada peça pode ser determinada iniciando a injeção com pressão baixa e aumentar gradualmente até se obter peças de boa qualidade.
PRESSÃO DE RECALQUE - A pressão de recalque começa a atuar quando a peça já está completa. Normalmente o recalque se realiza a baixa pressão e possui a finalidade de compactar a peça e evitar a contração da mesma. A intensidade da pressão e o tempo de atuação dependem de alguns fatores como:
Temperatura do molde - Moldes excessivamente quentes retardam a solidificação do material e aumentam a contração de moldagem do material, necessitando tempo de atuação e intensidade maior da pressão de recalque.
Projeto da peça - Paredes grossas dificultam o resfriamento do material, portanto a pressão de recalque deve ser regulada para que atue até que o material esteja solidificado.
Geralmente se realiza em três etapas:
1ª Etapa - é empregada para dar acabamento ao finish, evitando peças incompletas.
2ª Etapa - é empregada para compactar o corpo da pré-forma, para evitar rechupes pela contração do material.
3ª Etapa - é aplicada principalmente na área do ponto de injeção, evitando perfurações do ponto.
Uma compactação excessiva pode produzir cristalização induzida por pressão, e dificulta a desmoldagem das peças e rechupes e flash no gargalo.
Altas pressões aumentam a temperatura de solidificação (transição vítrea).
Baixas pressões de compactação podem produzir rechupes nas peças moldadas.
CONTRA PRESSÃO: A contra pressão é a pressão que se opõe ao retorno da rosca durante a dosagem do material. Quanto maior, maior é a dificuldade do retorno da rosca, aumentando o cisalhamento no material. Tal fator é conveniente apenas quando se deseja melhorar a homogeneização de masterbatch por exemplo. Com relação aos materiais, quanto menor o cisalhamento, melhor será a manutenção das propriedades do material. Recomenda-se, portanto, utilizar baixa contra pressão, apenas o suficiente para garantir que o material a ser injetado esteja isento de bolhas.
 TEMPERATURAS
TEMPERATURA NO MOLDE: O bom controle da temperatura na ferramenta é determinante sobre aspectos como acabamento da peça, tensões internas, contração e estabilidade dimensional. Para se obter controle de temperatura eficiente no molde é necessário que os canais de aquecimento sejam bem projetados de forma a distribuir uniformemente o calor por todo o molde. A uniformidade da temperatura no molde é crucial para materiais cristalinos, porque dela depende a uniformidade da cristalização do material e, portanto, a estabilidade dimensional do moldado.
RESFRIAMENTO DO MOLDE: Por sua natureza o PET tende a formar cristais. Como o PET cristaliza rapidamente no range de 150 a 190°C, a pré-forma deve ficar o menor tempo possível neste limite. Assim, para prevenir a cristalização, o PET deve ser resfriado rapidamente, para ficar no estado amorfo e assim obtermos peças claras e rígidas. Desta forma, para o processamento do PET, é necessário que o molde de injeção seja resfriado com água gelada (7-10°C).
TEMPERATURA DO CILINDRO / MASSA: O PET trabalha com temperaturas entre 265-295°C, dependendo do equipamento utilizado.
VELOCIDADE DE INJEÇÃO
A velocidade de injeção pode ser traduzida como o tempo de preenchimento da cavidade do molde pelo material fundido. Assim, quanto maior a velocidade de injeção menor será o tempo de preenchimento da cavidade. No início de produção, deve-se iniciar o processo com velocidade lenta a fim de evitar-se o surgimento de rebarbas ou danos no molde e elevá-la conforme a necessidade da peça. O perfil de velocidade de enchimento deve ser ajustado para garantir uma velocidade constante. Tipicamente 90% da dosagem de injeção ocorre com pressão de injeção alta e 10% com pressão baixa (recalque) O tempo de injeção empregado para encher um molde está baseado na velocidade de enchimento recomendada para o PET (8 a 12 g/seg).
ROTAÇÃO DA ROSCA
 Quanto maior o RPM da rosca, maior será a homogeneização do material e mais rápida será a etapa de dosagem do material, refletindo em ciclos menores de moldagem. Porém o maior atrito gerado no material é prejudicial, podendo causar degradação do material.
TEMPOS TEMPO DE INJEÇÃO
É o tempo que o material leva para sair do canhão e se transferir para o molde. Está diretamente ligado à velocidade de injeção e ao tempo total de ciclo. TEMPO DE RECALQUE É tempo em que a peça receberá pressão de compactação, auxiliando a boa formação da mesma. Na formação de rebarba esse é um parâmetro que deve ser verificado e se for o caso reduzi-lo. TEMPO DE RESFRIAMENTO É o tempo em que a peça fica no interior do molde se resfriando de acordo com a necessidade do processo. O tempo de resfriamento ocorre desde o momento em que a resina sai do canhão de injeção até a ejeção da peça final.
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Sistema de Qualidade
Dentro de tudo processo de faz necessário um sistema de controle de qualidade para garantir os padrões exigidos ao produto, no caso da produção por injeção não é diferente.
O Controle de qualidade dentro deste setor é feito por meio de analises laboratoriais, onde são realizados diversos teste a fim de garantir e certificar a qualidade das peças. 
Testes e analises:
Testes de Impacto e preção: Assegurar a resistência das pré formas.
Pesagem de Precisão: Confirmar de a gramatura exigida foi aplicada evitando falhas no posterior processo de sopro.
Testes de refração: Para verificar falhas no processo de cristalização e possíveis trincas.
 Figura.x.Analise laboratorial de qualidade.
Manutenção e Ferramentaria.
Todo processo sistema produtivo conta com setores e equipes de apoio, com o passar do tempo as maquinas sofrem com o segaste natural e necessitam de reparos.
Dentro do processo de injeção temos duas equipes dando este suporte:
Manutenção: Responsável por toda a parte de manutenção preventiva e corretiva mecânica, Hidráulica, periféricos e elétrica. Atuação na maquina injetora e seu periféricos. 
Figura.X. Mecânico em atuação.
Figura.x. Carrinho com ferramentas e equipamento de manutenção
Ferramentaria:Esta equipe atua com um foco diferente, seu objetivo é garantir o funcionamento dos moldes, câmaras quentes, robôs de extração e cavidades. 
Fora a manutenção a fermentaria é responsável pela troca de moldes (serviço/produto) no set up da maquina onde instala e realiza a limpeza do molde antes do inicio de produção.
 
Figura.x. Ferramentaria atuando no molde( troca de agulhas)
Figura.x. Molde em bancada para Limpeza e Lubrificação.
Segurança
Principais medidas para contenção de riscos na indústria do plástico.
Anualmente o número de profissionais que trabalham nos setores que compõe a indústria do plástico e se acidentam durante o exercício de sua atividade profissional chegam as casas dos milhares, sendo que reduzir o número de acidentes é uma obrigação de todos.
Nesse sentido o uso de equipamentos individuais de segurança, como óculos e máscaras protetoras, protetores auriculares, máscaras respiratórias, luvas, botas e macacões são fundamentais para proteger o corpo do trabalhador de queimaduras, contusões, dermatites e o surgimento de doenças respiratórias, que são alguns dos principais acidentes do setor.
Figura.x. Principais equipamentos de segurança individuais na Indústria de injeção
Além desses, é importante que os maquinários utilizados, como no caso das máquinas injetoras, possuam equipamentos de proteção coletiva, como portas de seguranças e placas isolantes, sempre em pleno funcionamento e em bom estado de conservação.
Da mesma forma, nesse sentido, é notório o desenvolvimento de dispositivos de segurança que tendem a deixar os processos mais seguros, como no caso dos acionamentos duplos em máquinas que se fecham sobre alta pressão, que contribuem para evitar que a mesma seja acionada enquanto a mão ou braço de um colaborador esteja abaixo da mesma.
Mas não se trata apenas de fornecer os equipamentos corretos e realizar a manutenção das maquinas utilizadas no processo produtivo, é preciso realizar treinamentos constantes que permitam o uso correto dos equipamentos, além de uma constante vigília para que o uso dos equipamentos individuais seja respeitado.
Outro problema comum, dizem respeito ao uso de acessórios, cabelos longos soltos e uso de roupas com mangas compridas na operação de máquinas rotatórias, que podem engajar no maquinário arrastando o trabalhador para dentro do mesmo, sendo que em alguns casos há riscos de graves acidentes que, inclusive, podem ser fatais.
Um dos grandes perigos que contribuem para a exposição aos riscos é o excesso de confiança, sendo comum observar casos onde trabalhadores com larga experiência e que nunca sofreram acidentes se sintam tão confiantes sobre suas atribuições que dispensem procedimentos em troca de um suposto ganho em agilidade e conforto, se expondo assim a riscos desnecessários.
Reduzir o número de acidentes em um setor exigem cuidados de todas as partes envolvidas, sendo uma questão que remete tanto a colaboradores quanto empresários, lembrando que executar a atividade laboral com saúde e segurança é essencial para alcançar melhores níveis de bem-estar e segurança.
Normas das exigências mínimas de segurança e proteção em injetoras:
NR 12 Segurança no Trabalho em Máquinas e Equipamentos - Anexo IX;
NR 10 Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade;
ABNT NBR 13536:1995 - Máquinas injetoras para plástico e elastômeros - Requisitos técnicos de segurança para o projeto, construção e utilização;
ABNT NBR NM-ISO 13852:2003 - Segurança de máquinas - Distâncias de segurança para impedir o acesso a zonas pelos membros superiores;
ABNT NBR 13757:1996 - Máquinas injetoras para plástico e elastômeros - Terminologia.

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