Trabalho de Graduacao FATEC Polímeros André Luis Oliveira dez 2017

Prévia do material em texto

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SOROCABA 
TECNOLOGIA EM POLÍMEROS 
 
 
INFLUÊNCIA DO EXCESSO DE CERA LUBRIFICANTE, USADA NA 
INCLUSÃO DE FIBRAS DE VIDRO À POLIAMIDA 6.6, NOS PROCESSOS DE 
INJEÇÃO E SOLDAGEM VIBRACIONAL 
 
André Luís de Oliveira 
Orientador: Renato Mendes Germano 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sorocaba - SP 
Dezembro de 2017 
 
 
ii 
FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SOROCABA 
TECNOLOGIA EM POLÍMEROS 
 
 
INFLUÊNCIA DO EXCESSO DE CERA LUBRIFICANTE, USADA NA 
INCLUSÃO DE FIBRAS DE VIDRO À POLIAMIDA 6.6, NOS PROCESSOS DE 
INJEÇÃO E SOLDAGEM VIBRACIONAL 
André Luís de Oliveira 
Orientador: Renato Mendes Germano 
 
 
 
 
Trabalho de graduação apresentado à 
Faculdade de Tecnologia de Sorocaba 
como um dos requisitos para obtenção 
do título de Tecnólogo em Polímeros 
 
 
 
 
Sorocaba - SP 
Dezembro de 2017 
 
 
iii 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedicatória 
Este trabalho é dedicado 
especialmente a minha esposa, que 
mesmo nas horas mais difíceis, 
sempre buscou forças para me 
fortalecer com grandes apoios e 
incentivos, primordiais para 
conclusão de mais esta etapa de 
conquista, almejando sempre 
melhores condições futuras à nossa 
família. 
 
 
 
iv 
 
Agradecimentos 
- Ao extraordinário corpo docente da FATEC, pelos valiosos conhecimentos e 
sugestões passados e desenvolvidos ao longo da graduação. 
 
- Ao orientador Renato M. Germano que, através de sua robusta experiência e 
vivência profissional, pode agregar de forma esplêndida informações e alternativas 
para dúvidas encontradas ao longo do período de desenvolvimento deste trabalho de 
graduação. 
 
- Aos meus pais que sempre me apoiaram e ajudaram nos momentos difíceis de 
obstáculos pessoais. 
 
 
 
 
v 
 
SUMÁRIO 
 
DEDICATÓRIA ......................................................................................................................... III 
AGRADECIMENTOS ................................................................................................................ IV 
SUMÁRIO .................................................................................................................................... V 
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................ VII 
LISTA DE TABELAS .................................................................................................................. X 
RESUMO ...................................................................... ..................................................................XI 
ABSTRACT.......................................................................................................................................XIII 
1. INTRODUÇÃO............................................................................................................................1 
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA....................................................................................................6 
2.1. POLIAMIDA 6.6 ...................................................................................................... 6 
2.2. FIBRA DE VIDRO EM COMPÓSITOS........................................................................... 8 
2.2.1. Lubrificante no processo de enzimagem e aditivação.....................................12 
2.3. EXTRUSÃO PA 6.6 COM FIBRA DE VIDRO .............................................................. 16 
2.4. INJEÇÃO PLÁSTICA POLIAMIDA 6.6 (GUIA DE MOLDAGEM DUPONT, 2002). ............ 19 
2.4.1. Controle de temperaturas na injeção...............................................................20 
2.4.2. Velocidade e pressão de injeção......................................................................22 
2.4.3. Pressão e tempo de recalque............................................................................23 
2.5. SOLDA VIBRACIONAL ........................................................................................... 24 
2.5.1. Parâmetros de processo de soldagem vibracional...........................................25 
2.5.2. Etapas do processo e penetração de solda.......................................................26 
3. MATERIAIS E MÉTODOS......................................................................................................29 
3.1. ETAPA 01 – ANÁLISE VISUAL DAS PEÇAS RETORNADAS DE CAMPO. ...................... 30 
 
 
vi 
3.2. ETAPA 02 – TESTES DE EXTRAÇÃO DO TAMPÃO SOLDADO (TESTE DE RESISTÊNCIA 
MECÂNICA)........................................................................................................................................ 31 
3.3. ETAPA 03 – ANÁLISES DE MICROSCOPIA ÓPTICA ................................................... 34 
3.4. ETAPA 04 – ENSAIO DE RESISTÊNCIA AO AQUECIMENTO........................................ 34 
3.5. ETAPA 05 – ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA (TG) ................................................ 36 
3.6. ETAPA 06 – MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV/EDS) ................... 37 
3.7. ETAPA 07 – ANÁLISE DO RESÍDUO OBTIDO NO ENSAIO DE RESISTÊNCIA AO 
AQUECIMENTO. .......................................................................................................................... 39 
3.8. ETAPA 08 – AUDITORIA DE PROCESSO NO FORNECEDOR FABRICANTE DE POLIAMIDA 
6.6 COM 30% DE FIBRA DE VIDRO. .............................................................................................. 39 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES.............................................................................................41 
4.1. ETAPA 01 – ANÁLISE VISUAL DAS PEÇAS RETORNADAS DE CAMPO. ...................... 41 
4.2. ETAPA 02 – TESTES DE EXTRAÇÃO DO TAMPÃO SOLDADO (TESTE DE RESISTÊNCIA 
MECÂNICA DA SOLDA). ............................................................................................................... 43 
4.3. ETAPA 03 – TESTES DE MICROSCOPIA ÓPTICA ....................................................... 43 
4.4. ETAPA 04 – ENSAIO DE RESISTÊNCIA AO AQUECIMENTO........................................ 45 
4.5. ETAPA 05 – ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA (TG) ................................................ 45 
4.6. ETAPA 06 – MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV/EDS) ................... 48 
4.6.1. Peça representativa do grupo 01 (peças retornadas com falhas de campo).....48 
4.6.2. Peça representativa do grupo 03 (produção atual)...........................................51 
4.7. ETAPA 07 – ANÁLISE DO RESÍDUO OBTIDO NO ENSAIO DE RESISTÊNCIA AO 
AQUECIMENTO. .......................................................................................................................... 53 
4.8. ETAPA 08 – AUDITORIA DE PROCESSO NO FORNECEDOR FABRICANTE DE POLIAMIDA 
6.6 COM 30% DE FIBRA DE VIDRO. .............................................................................................. 53 
5. CONCLUSÕES..........................................................................................................................55 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.....................................................................................58 
 
 
 
vii 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 01.01 – Galerias de combustíveis...............................................................................2 
Figura 02.01 – Reação química de formação da poliamida 6.6.............................................6 
Figura 02.02 – Estrutura molecular das cadeias poliméricas da poliamida 6.6.....................7 
Figura 02.03 – Fiação e aplicação do tratamento superficial nas fibras de vidro................10 
Figura 02.04 – Ilustração do filamento de fibrade vidro com tratamento superficial.........11 
Figura 02.05 – Tipos de regiões interfaciais em compósitos poliméricos com reforço de 
fibra de vidro............................................................................................................... .........11 
Figura 02.06 – Estearato de cálcio.......................................................................................13 
Figura 02.07 – Fórmula molecular do estearato de cálcio (C₃₆H₇₀CaO₄)................................14 
Figura 02.08 – Medição de TG e DSC do estearato de cálcio............................................15 
Figura 02.09 – Perfil do conjunto dupla rosca para extrusora..............................................16 
Figura 02.10 – Produção de compósito termoplástico reforçado com fibra de vidro..........17 
Figura 02.11 – Perfil de temperatura do cilindro para uma temperatura constante do 
polímero fundido..................................................................................................................20 
Figura 02.12 – Efeito da temperatura da zona traseira no comprimento médio das fibras e 
propriedades mecânicas (para poliamida 6.6 reforçada)......................................................21 
Figura 02.13 – Contração e peso da peça em função do tempo de recalque........................23 
Figura 02.14 – Ilustração esquemática de solda por vibração linear....................................25 
Figura 02.15 – Etapas de transição do processo de penetração de solda ao longo do 
tempo........................................................................................................................ ............26 
 
 
viii 
Figura 02.16 – Representação ilustrativa do processo de penetração de solda....................27 
Figura 03.01 – Ilustração dos locais de rastreabilidade da peça..........................................31 
Figura 03.02 – Peças serradas para teste de extração do tampão.........................................32 
Figura 03.03 – Encaixe do punção de tração na geometria interna da peça.........................32 
Figura 03.04 – Resultados físicos das peças após os testes de extração do tampão............33 
Figura 03.05 – Perfil de soldagem em corte e com ampliação de 50X................................34 
Figura 03.06 – Dispositivo para simulação de fixação das galerias no motor do carro.......35 
Figura 03.07 – Acomodação das amostras para teste de aquecimento................................36 
Figura 03.08 – Peça representativa do grupo 01 (retornada com problema de campo).......38 
Figura 03.09 – Peça representativa do grupo 03 (após ensaio de extração da tampa).........38 
Figura 04.01 – Regiões do vazamento de combustível........................................................41 
Figura 04.02 – Fixação das peças para o processo de soldagem vibracional.......................42 
Figura 04.03 – Regiões com manchas de resíduos brancos.................................................42 
Figura 04.04 – Microscopia óptica 50X da região da solda de amostras de peças da 
produção atual. Peças OK......................................................................................... ...........43 
Figura 04.05 – Microscopia óptica 50X da região da solda de amostras de peças do lote 
suspeito. Peças NOK............................................................................................................43 
Figura 04.06 – Curva representativa de massa residual em função de temperatura da 
amostra do grupo 03.............................................................................................................45 
Figura 04.07 – Curva representativa de massa residual em função de temperatura da 
amostra do grupo 02.............................................................................................................46 
 
 
ix 
Figura 04.08 – Curva representativa de massa residual em função de temperatura da 
amostra do grupo 01.............................................................................................................46 
Figura 04.09 – Junção da tampa com a extremidade do corpo com ampliação de 200X. (A) 
Região com vazamento. (B) Região normal........................................................................48 
Figura 04.10 – Região da solda com má distribuição da fibra de vidro com ampliação de 
50X.......................................................................................................................................49 
Figura 04.11 – Região da solda com maior distribuição da fibra de vidro com ampliação de 
250X.....................................................................................................................................49 
Figura 04.12 – Região da solda com menor distribuição da fibra de vidro com ampliação 
de 250X................................................................................................................................50 
Figura 04.13 – Região da tampa próxima a solda com pouca adesão do polímero 
(ampliação de 200X)............................................................................................................50 
Figura 04.14 – Extremidade do corpo da peça. Superfície de adesão com a tampa com 
ampliação de 50X................................................................................................... ..............51 
Figura 04.15 – Superfícies da região da solda com ampliação de 50X................................51 
Figura 04.16 – Superfícies da região da solda da amostra do grupo 03 com ampliação de 
100X.....................................................................................................................................52 
Figura 04.17 – Superfícies da região da solda com ampliação de 500X. Destacamento de 
fibra no momento de fratura da solda...................................................................................52 
 
 
 
 
x 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 02.01 – Principais parâmetros de processo de solda vibracional.............................25 
Tabela 03.01 – Fluxograma das principais etapas experimentais do trabalho.....................29 
Tabela 04.01 – Quadro comparativo dos resultados dos ensaios entre peças retornadas de 
campo (Grupo 01) e peças ensaiadas para a liberação da produção do lote suspeito (Grupo 
02).........................................................................................................................................43 
Tabela 04.02 – Resumo dos resultados do teor de orgânico, teor de negro de fumo e teor de 
carga inorgânica (fibras).......................................................................................................47 
Tabela 04.03 – Composição de materiais na formulação da poliamida 6.6 com fibra de 
vidro........................................................................................................................ ..............53 
 
 
xi 
 
RESUMO 
O objetivo desta dissertação foi documentar um estudo de caso ocorrido há alguns 
anos atrás em empresas do segmento do ramo automobilístico, referente a uma ocorrência 
de não conformidade em campo onde graves problemas em um lote de galerias de 
combustível (parte integrante do sistema de controle de motor de um veículo automotivo) 
apresentaram vazamento de combustível, tendo esta anomalia gerado um grande problema 
de garantia para a montadora responsável e seus respectivos fornecedores e fabricantes do 
produto. Esta falha ocorreu dentro do primeiro ano de uso dos veículos, mas reforçando 
que o total de produto com vazamento foi de aproximadamente 140 unidades e não em 
todo o lote de fabricação, demonstrando ser uma falha pontual e não comprometendo o 
projeto do produto em sua essência e que, por questões éticas, não serãodivulgados ao 
longo do trabalho os nomes das empresas envolvidas, bem como detalhes do conteúdo de 
alguns relatórios de caráter confidencial e, portanto sendo mencionado apenas seu número 
de controle para rastreabilidade e confiabilidade dos resultados mencionados nesta 
dissertação. A investigação do problema em questão foi extenso e complexo na época, 
envolvendo todos os principais processos, desde a matéria-prima, no caso a poliamida 6.6 
com 30% de fibra de vidro, até a confecção do produto final sendo sequencialmente: 
fabricação por extrusão da matéria-prima, moldagem por injeção e soldagem vibracional. 
Foram utilizadas várias técnicas metodológicas de organização industrial (qualidade e 
processo – Diagrama de Ishikawa) bem como uso de laboratórios físicos e químicos, tanto 
internos das organizações envolvidas como externos em institutos de pesquisa 
governamentais como CenPRA (Centro de Pesquisa Renato Archer) em Campinas/SP 
realizando testes físicos funcionais de confiabilidade e durabilidade e pela UFSCar 
(Universidade Federal de São Carlos) em São Carlos/SP com análises químicas e 
laboratoriais de TG (termogravimetria), MEV (microscopia eletrônica de varredura) e 
CLAE (Cromatografia Líquida de Alta Eficiência) e, devido a esta complexidade, este 
trabalho foi focado em apenas um item da avaliação, sendo ela a questão da matéria-prima, 
que no decorrer das investigações e dos resultados foram sobressaindo em relação aos 
demais itens como: processo, máquinas, metodologia entre outros, sendo ela considerada 
 
 
xii 
como o causa principal do problema em campo e por isso originando o título deste 
trabalho, mas que no âmbito global da avaliação, não poderão ser desconsiderados os 
demais itens que em seu estudo mais amplo, caberão melhorias significativas para 
prevenção de futuras ocorrências como: balanceamento de molde, parâmetros de processo, 
projeto dos perfis dos berços de soldagem vibracional e da própria configuração 
geométrica dá área de soldagem, além das técnicas analíticas instrumentais que poderão ser 
implementadas para controle da matéria-prima recebida. 
 
 
 
xiii 
 
ABSTRACT 
The objective of this dissertation was to document a case study that occurred a 
few years ago in companies in the automobile segment, referring to an occurrence of 
non-compliance in the field where serious problems in a lot of fuel galleries (an 
integral part of the control system of motor vehicle) had a fuel leak, and this anomaly 
generated a major warranty problem for the automaker and its respective suppliers 
and manufacturers from this product, since the failure occurred within the first year 
of use of the vehicles, but reinforcing that the total of leaked product was 
approximately 140 units and not in the entire manufacturing lot, proving to be a one-
off failure and not compromising the product design in its essence and that, due to 
ethical issues, will not be disclosed throughout the work. names of the companies 
involved, as well as details of the contents of some confidential reports and therefore 
only its control number is mentioned for traceability and reliability of the results 
mentioned in this dissertation. The investigation of the problem in question was 
extensive and complex at the time, involving all the main processes, from the raw 
material, in the case of polyamide 6.6 with 30% of glass fiber, until the final product 
is made sequentially: extrusion of the raw material, injection molding and vibrational 
welding. Several methodological techniques of industrial organization (quality and 
process - Ishikawa Diagram) were used as well as the use of physical and chemical 
laboratories, both internal and external organizations in governmental research 
institutes such as CenPRA (Renato Archer Research Center) in Campinas / SP, 
Brazil, performing functional physical tests of reliability and durability and by 
UFSCar (Federal University of São Carlos) in São Carlos / SP with chemical and 
laboratory analyzes of TG (thermogravimetry), MES (scanning electronic 
microscopy) and HPLC (High Performance Liquid Chromatography), and due to this 
complexity, this work was focused on only one item of the evaluation, being it the 
question of the raw material, which in the course of the investigations and the results 
were outstanding in relation to the other items such as: process, machines, 
methodology among others, being considered as the main cause of the problem in the 
 
 
xiv 
field and by away that the title of this work, but in the overall scope of the 
evaluation, the other items that in its larger study can not be disregarded, will be 
significant improvements to prevent future occurrences such as: mold balancing, 
process parameters, profile design vibration welding cradles and the geometric 
configuration itself gives welding area, as well as the instrumental analytical 
techniques that can be implemented to control the raw material received. 
 
 
1 
 
1. INTRODUÇÃO 
Gradativamente, devido a razões econômicas e tecnológicas, nos últimos trinta 
anos, os plásticos passaram a ocupar um lugar de destaque como um dos materiais mais 
utilizados pela indústria automobilística. Razões diversas, tanto econômicas, quanto 
tecnológicas, influenciaram no andamento dessa mudança. Pode-se dizer, porém, que 
somente após a superação de limitações tecnológicas, com o desenvolvimento de 
polímeros de alto desempenho, é que os plásticos passaram a fazer parte essencial dos 
automóveis. Atualmente, considerando-se o volume dos materiais, são usados mais 
plásticos do que aço na construção de um veículo, devido ao grande número de 
aplicações que os polímeros encontraram nesse produto de consumo. 
Os plásticos têm demonstrado um alto índice de confiabilidade e muitas vantagens 
sobre os materiais tradicionais que vieram a substituir, tais como o aço, o alumínio e o 
vidro, por exemplo. Além de permitir maior flexibilidade de projeto e economia na 
produção, sua baixa densidade é essencial para a redução do consumo de combustíveis. 
Ao longo dos anos, os consumidores se tornaram mais exigentes em relação aos 
produtos que adquirem. Os consumidores buscam cada vez mais carros que possuam 
alto desempenho, porém não consideram menos importantes itens como confiabilidade, 
segurança, conforto, economia, estilo, preço competitivo e, cada vez mais, respeito ao 
meio ambiente. Somente os materiais plásticos podem alcançar os desafios advindos 
dessas demandas conflitantes. 
Aproximando-se um pouco mais do conteúdo deste estudo e, portanto mais 
especificamente com relação aos sistemas de ignição e injeção de combustíveis, 
juntamente com outros sistemas internos presentes no veiculo como, por exemplo, 
sistemas de arrefecimento e ventilação veiculares, há uma semelhança entre eles com 
relação ao material base de confecção, que é a de possuírem praticamente os mesmos 
 
 
2 
requisitos em propriedades termomecânicas. Por isso, em função das características de 
alta resistência mecânica, alta rigidez, boa dureza, resistência à fadiga, boa resistência à 
abrasão, baixa permeabilidade a gás e vapor e resistência química, as poliamidas 
passaram a ser muito utilizadas na maioria destas aplicações na fabricação de peças e 
componentes. 
A utilização da poliamida assim como qualquer outro material polimérico, pode 
decorrer de diversas operações de processamento em sua fabricação, de acordo com a 
funcionalidade necessária para a aplicação final. Neste estudo em especifico a poliamida 
passa por determinados processos de fabricação e transformação até sua final confecção. 
Mais especificamente estaremos analisando o processo de confecção de uma peçachamada de “galeria de combustível”, demonstrada na figura 01.01, sendo que a 
matéria-prima em poliamida 6.6 passa por diversas etapas de processos como, por 
exemplo: extrusão, moldagem por injeção (que neste caso em específico ocorre em duas 
cavidades no molde) e solda vibracional para conseguir este produto final. 
Figura 01.01: Galerias de combustíveis 
 
São comuns problemas no dia a dia fabril em qualquer área de produção, e 
portanto, não diferentemente da área de processamento polimérico. Por isso a existência 
da necessidade de usos frequentes de ferramentas de estudo de casos ocorridos de não 
conformidades em áreas produtivas, no intuito de estabelecer uma avaliação e, através 
de seus resultados, estabelecer e planejar determinadas ações para correção e ou 
prevenção do problema em casos futuros. 
Existe uma grande variedade de técnicas para avaliação de problemas, muitas 
delas ligadas diretamente ao departamento de qualidade e processo das empresas, e por 
este motivo foram adotadas algumas para este estudo de modo a direcionar e facilitar o 
trabalho de investigação do problema ocorrido em uma galeria de combustível em que 
 
 
3 
ocorreram vazamentos de combustíveis em campo, em um determinado lote de peças, 
diretamente durante o uso pelo consumidor final. 
Para o caso específico deste estudo a ferramenta mais importante utilizada foi o 
diagrama de causa e efeito chamado de diagrama de Ishikawa (que recebeu o nome de 
seu criador, Kaoru Ishikawa). Consiste em uma ferramenta de “brainstorming”1 que 
auxilia na investigação de várias possíveis causas que afetam um efeito específico e de 
uma forma organizada, sendo o efeito para este estudo o problema ocasionado nas 
galerias de combustíveis em campo. O uso de um diagrama de causa e efeito com uma 
equipe multidisciplinar ajuda a analisar e priorizar, nas áreas envolvidas e com potencial 
problemático, o desenvolvimento de ideias de soluções e melhorias para os problemas 
(ou efeitos) a serem solucionados. Outra importância desta técnica está na utilização 
frequente pelas ferramentas da qualidade, principalmente pelo MASP (Método de 
Análise e Solução de Problemas) e pelos formulários de 8 passos, para gerenciar e 
avaliar a identificação da causa raiz de um problema e com esses dados poder 
determinar as ações necessárias para evitar sua reocorrência. 
Este trabalho de pesquisa buscou estudar os aspectos e efeitos dos sucessíveis 
processamentos da matéria-prima poliamida 6.6 reforçada com fibra de vidro, 
principalmente com relação ao efeito do processo de soldagem vibracional realizado no 
produto como etapa de sua produção normal. Foram avaliadas as propriedades 
mecânicas, as características morfológicas, propriedades térmicas e composições 
químicas, bem como as possíveis interferências nas aditivações da base polimérica e na 
incorporação da fibra na matriz polimérica, sendo estas últimas utilizadas como variável 
principal em relação à incorporação na matriz polimérica no processo de extrusão. 
Outro ponto importante a ser destacado neste trabalho é a premissa de utilização 
dos materiais, equipamentos e técnicas convencionais, tanto de laboratórios técnicos 
internos de indústrias envolvidas, como de reconhecidos institutos de pesquisas 
tecnológicas, garantindo que o conhecimento gerado possa ser transferido facilmente 
para o meio acadêmico com um elevado nível de credibilidade. 
 
1 Brainstorming: é uma metodologia para geração de idéias sobre um assunto definido, podendo 
ser resolução de problemas, design de produto, entre outros. É comumente usada quando se precisa de um 
maior conhecimento sobre um produto, processo, problema ou suas causas. 
 
 
4 
De acordo com os resultados obtidos neste trabalho, através dos 05 meses de 
estudos referentes aos problemas acima apontados, foi possível adquirir conhecimento e 
experiência com relação aos impactos de cada característica avaliada da matéria-prima 
durante todo o processo de produção e processamento do material polimérico (desde a 
matéria-prima até o produto final ao consumidor). Os resultados proporcionam uma 
extrema importância tecnológica com base nas diversas investigações científicas 
realizadas ao longo de seu desenvolvimento em áreas de estudos diversos como: 
 Processamento de polímeros; 
 Processos especiais (soldagem vibracional); 
 Compósitos; 
 Caracterização de materiais poliméricos; 
 Entre outros. 
Vale comentar que até o presente momento da conclusão deste estudo não foram 
encontradas literaturas ou referencias bibliográficas específicas sobre este assunto, 
havendo certa limitação de pesquisas para efeito de comparação. 
Esta dissertação está organizada em seis capítulos (incluindo este capítulo de 
introdução e justificativa) sendo: 
O segundo capítulo descreve: 
 a obtenção e as características químicas e físicas do compósito Poliamida 
6.6; 
 a fibra de vidro, suas principais aplicações e tratamento das fibras para 
posterior incorporação na matriz polimérica; 
 processo de extrusão para fabricação da poliamida 6.6 reforçada com fibra 
de vidro; 
 processo de injeção da poliamida reforçada com fibra de vidro e suas 
caraterísticas de controle e processamento; 
 
 
5 
 e finalmente, o processo de soldagem da poliamida pelo método 
vibracional com suas caraterísticas de controle e processamento. 
O terceiro capítulo descreve os experimentos realizados, incluindo o planejamento 
dos mesmos, os materiais selecionados para avaliação, o método de investigação 
utilizado e os ensaios realizados. 
O quarto capítulo apresenta os resultados obtidos nos diversos experimentos 
conduzidos ao longo deste trabalho de pesquisa. 
O quinto capítulo aprofunda a análise dos resultados obtidos como forma de 
conclusões, fundamentos utilizados para a avaliação, busca de correlações e explicações 
para a influência das variáveis propostas no estudo. 
O sexto capítulo apresenta as referências bibliográficas utilizadas no presente 
trabalho 
Por final, importante reforçar que esta pesquisa abre espaço para outros grandes 
pontos de estudo que poderão ser abordada em outros futuros trabalhos, além de uma 
possível melhor avaliação sobre os resultados desta pesquisa. 
 
 
 
 
6 
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
Neste capítulo será apresentada uma breve abordagem sobre os conceitos 
necessários para entendimento dos pontos utilizados para avaliação da causa raiz do 
problema, com relação ao incidente apresentado anteriormente na introdução, referente 
à matéria-prima poliamida 6.6 reforçada com 30% de fibra de vidro e seu respectivo 
processamento (extrusão, injeção e soldagem vibracional). A sequencia em tópicos, 
adotada como referencial teórico foi: Poliamida 6.6, fibra de vidro em compósitos, 
extrusão poliamida 6.6 com fibra de vidro, injeção plástica poliamida 6.6 e solda 
vibracional. 
2.1. Poliamida 6.6 
As poliamidas foram os primeiros polímeros termoplásticos a serem utilizados 
como materiais de engenharia. Este termoplástico foi usado pela primeira vez por 
Wallace H. Carothers em 1929 para obtenção do nylon industrial. A poliamida 6.6 é o 
tipo mais utilizado no Brasil, podendo ser encontrado em várias formulações para 
diversos processos e aplicações (DE PAOLI, 2008). 
As poliamidas 6.6, de um modo geral, são obtidas pela reação de dois monômeros 
difuncionais com a geração, ou não, de um subproduto de baixa massa molar. Esta 
reação é conhecida por polimerização. Esta reação de polimerização ocorre entre os 
compostos de hexametileno diamina e o ácido adípico, produzindo-se polihexametileno 
diamina, formando a seguinte unidade química derepetição: 
Figura 02.01: Reação química de formação da poliamida 6.6. 
 
 
7 
 
Fonte: Adaptado de SMITH, 1998. 
As poliamidas são materiais poliméricos com estrutura linear, regular e simétrica 
em suas cadeias poliméricas, conferindo em função disto, um alto grau de cristalinidade. 
(SMITH, 1998). 
Figura 02.02: Estrutura molecular da cadeia polimérica da poliamida 6.6. 
 
Fonte: Adaptado de DASGUPTA, 1996. 
A elevada temperatura de flexão e a excelente resistência mecânica das 
poliamidas são, em parte, devido às ligações de hidrogênio entre as cadeias moleculares. 
A ligação amida torna possível uma ligação do tipo –NHO, característico da formação 
de “pontes de hidrogênio”2 entre as cadeias. A flexibilidade das cadeias de carbono 
 
2
 Pontes de hidrogênio: ligação química caracterizada por uma ligação covalente entre o 
hidrogênio e uma ligação covalente com o oxigênio (O), nitrogênio (N) ou flúor (F), e uma interação do 
tipo dipolo-dipolo entre o átomo de hidrogênio e um átomo de oxigênio (O), nitrogênio (N) ou flúor (F) 
 
 
 
8 
proporciona uma elevada mobilidade molecular resultando em: baixa viscosidade do 
fundido, facilidade de processamento, elevada lubrificação, baixo atrito e boa 
resistência à abrasão, porém, a polaridade e as ligações de hidrogênio dos grupos amida 
provocam elevada absorção de umidade que podem causar variações dimensionais 
significativas após seus devidos processamentos. As moléculas de água absorvidas 
alojam-se entre as cadeias exercendo um efeito de plastificante, pois reduzem a força de 
atração entre as cadeias (SMITH, 1998). 
A umidade absorvida provoca a redução de sua resistência mecânica e rigidez, 
mas aumenta seu alongamento e resistência ao impacto. Normalmente a poliamida 6.6 
atinge seu estado de equilíbrio com 2,5 % de umidade, em ambiente com umidade 
relativa do ar de 50%, e de maneira geral, a variação dimensional é de 0,2 a 0,3 % a 
cada 1 % de umidade absorvida (SMITH, 1998). 
2.2. Fibra de Vidro em Compósitos 
As fibras de vidro são os materiais mais antigos e mais utilizados como reforços 
para matrizes de base poliméricas. São materiais que quando adequadamente 
incorporados a estas bases poliméricas aumentam muito sua resistência mecânica, tendo 
influencia também em outras propriedades como maior resistência ao calor, melhores 
propriedades dielétricas, maior estabilidade dimensional e maior resistência à fadiga 
(SMITH, 1998). 
Para Smith (1998): 
Um material compósito é formado por uma mistura ou 
combinação de dois ou mais micro ou macro 
constituintes que diferem na forma e na composição 
química e que, na sua essência, são insolúveis uns nos 
outros. 
Marinucci (2011) define que: 
[...] compósito é o material que apresenta dois ou mais 
constituintes quimicamente diferentes que na escala 
macroscópica apresenta uma interface bem definida 
separando estes elementos constituintes. O material 
 
 
9 
assim obtido pela associação desses diferentes materiais 
constituintes apresenta quase sempre melhores 
propriedades que a de seus elementos separadamente. 
As fibras de vidro utilizadas na fabricação de compósitos são subdivididas em 
duas categorias: fibras longas (contínuas) e fibras curtas (descontínuas). De maneira 
geral, fibras curtas são aquelas que apresentarem comprimento inferior a 50 mm, e as 
contínuas acima de 50 mm (CHEREMISINOFF, 1997). 
As fibras de vidro curtas usadas como reforços consistem de monofilamentos 
dispersos aleatoriamente em fios com comprimento variando de 0,1 a 2,0 mm e 
diâmetros de 10 a 20 μm, dependendo da sua aplicação. A densidade das fibras de vidro 
usadas como agente de reforço varia de 2,5 a 2,9 g/cm
3 
(DE PAOLI, 2008). 
As fibras de vidro são resistentes a ataque químico e a temperaturas de até 650 °C, 
portanto elas mesmas não devem induzir nenhum processo degradativo nas matrizes 
poliméricas onde são usadas (DE PAOLI, 2008). 
A produção de compósitos de matriz polimérica com fibras curtas apresentam 
características distintas e de grande interesse comercial e industrial, como por exemplo, 
a facilidade de processamento, baixo custo envolvido e a possibilidade de produção de 
peças complexas, diferentemente de quando se utiliza as fibras contínuas 
(CHEREMISINOFF, 1997). 
Normalmente, as fibras curtas não apresentam orientação definida, e são, portanto, 
denominados compósitos com fibras descontínuas orientadas aleatoriamente. 
Compósitos que utilizam fibras curtas resultam em dimensões de reforços desiguais, 
contudo, devido à distribuição aleatória das fibras na matriz, pode-se considerar que o 
compósito em questão possua um comportamento próximo ao isotrópico
3
 
(MARINUCCI, 2011). 
De uma maneira geral, a eficiência do reforço na matriz irá depender da 
uniformidade e a razão de proporcionalidade entre o comprimento e o diâmetro da fibra. 
As propriedades mecânicas aumentam significativamente com o aumento do 
 
3 Isotrópico: que possui propriedades físicas que são independentes da direção. 
 
 
10 
comprimento das fibras, porém, existem limites, que acima destes as fibras não 
conseguem ser incorporadas satisfatoriamente ao polímero (ABMACO, 2010). 
O diâmetro da fibra, em alguns termoplásticos, tem influência na resistência à 
tração e ao impacto. As poliamidas são exemplo de polímeros que são sensíveis à 
variação do diâmetro da fibra, onde tanto a resistência à tração quanto a resistência ao 
impacto diminuem com o aumento do diâmetro da fibra (ABMACO, 2010). 
A incorporação das fibras de vidro aos polímeros pode ser precedida de um 
tratamento superficial prévio para a compatibilização do compósito que será produzido, 
chamado de enzimagem ou sizing, pois as naturezas – orgânica e inorgânica – entre os 
reforços e matriz podem comprometer o bom desempenho do compósito final 
(MARINUCCI, 2011). 
Figura 02.03: Fiação e aplicação do tratamento superficial nas fibras de vidro. 
 
Fonte: ABMACO, 2008. 
O processo de enzimagem é realizado por meio de incorporação das fibras em 
emulsões e soluções aquosas que podem conter agentes de ligação, formadores de 
filmes, agentes antiestáticos, lubrificantes, entre outros. A enzimagem confere à fibra, 
além da compatibilidade com a matriz, flexibilidade e proteção superficial 
(MARINUCCI, 2011). 
 
 
11 
Figura 02.04: Ilustração do filamento de fibra de vidro com tratamento 
superficial. 
 
Fonte: ABMACO, 2008. 
A interação entre o recobrimento químico das fibras e a matriz polimérica pode 
ocorrer química e ou fisicamente, sendo que a região formada pode apresentar 
diferentes resultados de intensidade interfacial. 
Figura 02.05: Tipos de regiões interfaciais em compósitos poliméricos com 
reforço de fibra de vidro. 
 
 Fonte: Wu, 1982. 
Onde: 
Figura (a): interface monocamada acoplada distinguindo exatamente os lados 
entre matriz e reforço, ou seja, uma única interface; 
Figura (b): formação de duas interfaces com espessuras suficientes para formação 
de uma interfase com propriedades distintas entre si (fase siloxano); 
 
 
12 
Figura (c): a região formada apresenta-se como uma camada interfundida e 
graduada em ambos os lados (matriz x reforços). 
2.2.1. Lubrificante no processo de enzimagem e aditivação 
Durante o processo de fabricação de um compósito, o material polimérico fica 
constantemente sujeito ao atrito, principalmente dentro do conjunto de plastificação de 
uma extrusora ou injetora. Este atrito gerado, em muitos casos, pode ser um problema 
de grande potencial em se tratando do processamento de um material poliméricomaleável e com baixo ponto de fusão em relação aos materiais mais tradicionais em 
nossos mercados industriais, como por exemplo: aço, alumínio, etc. Este 
comportamento poderá iniciar uma degradação antecipada do material dentro do próprio 
cilindro de plastificação ou simplesmente fundir o material antes do momento desejado 
gerando um descontrole no processo de fabricação (RODA, 2013). 
Para que não ocorram esses problemas, ou pelo menos na forma de minimizá-los, 
são usados lubrificantes, geralmente na forma de pó dissolvidos em solução aquosa nos 
processos de enzimagem na fabricação das fibras de vidro ou diretamente na forma de 
masterbatch
4
 nos processos de extrusão e injeção. Esses lubrificantes não apenas 
reduzem o atrito, preservando o polímero e reduzindo o desgaste do equipamento, como 
também podem aumentar a produção devido à melhoria do fluxo do material e 
consequente redução do consumo de energia. Contudo há a necessidade de uma boa 
avaliação e controle em seu uso, pois a presença (ou falta) de lubrificantes pode 
influenciar nas características finais dos compósitos em relação a: antibloqueio, 
antiestática, cor, resistência ao impacto entre outros aspectos (RODA, 2013). 
Não existe um tipo único de lubrificante a ser usado em qualquer tipo de material 
plástico, o que existe são produtos variados com características e propriedades distintas 
entre si sendo que a aplicação de cada um deles dependerá de fatores como família 
polimérica (estirênicos, poliolefinas, poliésteres, etc.), cor (alguns tingem o polímero 
então só podem ser usados em materiais pigmentados) e principalmente quanto à 
 
4 Masterbatch: composto plástico, de um ou mais aditivos em alta concentração, usado em 
segmentos da indústria de transformação plástica, em resinas ou misturas, como aditivo de cor e 
balanceador de concentrações. 
 
 
13 
característica da lubrificação podendo ser interna ou externa (NASS; HEIBERGER, 
1988). 
 Lubrificantes Externos: Agem criando uma interface entre o grânulo do 
polímero e a superfície metálica do equipamento reduzindo a fricção. Os 
lubrificantes externos atrasam a fusão e controlam a fluidez da massa 
fundida sendo que geralmente não se misturam ao polímero. 
 Lubrificantes Internos: Geralmente são quimicamente compatíveis com 
o polímero e agem a nível molecular, reduzindo a fricção entre as 
moléculas do polímero e as “forças de Van der Waals”5. Este mecanismo 
faz com que seja necessária uma energia menor para o processamento e 
promove a redução da viscosidade do fundido. 
Muitos lubrificantes podem agir tanto internamente como externamente, 
dependendo da fase do processo e do estudo de sua aplicação. Este comportamento 
normalmente ocorre na extrusão de plásticos em que certos aditivos fazem a 
lubrificação externa durante o processo de cisalhamento e após, na zona de 
homogeneização do cilindro de plastificação, penetram na massa fundida do polímero 
até a etapa de extrusão final. A definição da taxa de incorporação do lubrificante será a 
sua solubilidade em relação ao polímero a ser processado (NASS; HEIBERGER, 1988). 
2.2.1.1. Estearato de cálcio 
Um dos materiais mais comumente comercializado industrialmente como 
lubrificante externo e interno é o estearato de cálcio. Este lubrificante é utilizado como 
dispersante de partículas sólidas (pigmentos e cargas de reforços) em resinas 
termoplásticas, principalmente em poliamidas e por esse motivo muito recomendado 
para a fabricação de compósitos poliméricos com fibra de vidro (RODA, 2013). 
Figura 02.06: Estearato de cálcio. 
 
 
5 Forças de Van der Waals: é a soma de todas as forças atrativas ou repulsivas, que não sejam 
forças pertencentes a ligações covalentes entre moléculas (ou entre partes da mesma molécula) ou forças 
devido à interação eletrostática de íons. 
 
 
14 
 
Fonte: Tudo sobre Plástico, 2013. 
Dentre as muitas propriedades do estearato de cálcio, as mais importantes para a 
industria de transformação de plásticos são (BAERLOCHER, 2005): 
 propriedades lubrificantes; 
 propriedades de separação (desmoldagem e bloqueio); 
 repelência à água; 
 efeito estabilizador (agente de homogeneização e fluidez). 
Contrariamente à maioria dos outros lubrificantes industriais, os estearatos de 
cálcio são caracterizados pelo seu ponto de fusão relativamente elevado em forma de pó 
seco e fino de natureza hidrofóbica e por isso, altamente desejável nas aplicações em 
matrizes poliméricas (BAERLOCHER, 2005). 
O estearato de cálcio têm propriedades estabilizantes e de auxiliares de 
processamento em uma ampla gama de termoplásticos podendo melhorar e aumentar a 
produtividade no processo de fabricação alem de permitir que o produtos finais sejam 
fabricados com superfícies mais lisas e menos rugosas (BAERLOCHER, 2005). 
Após o processamento nas matrizes poliméricas o estearato de cálcio tende a 
migrar e agir na região externa do compósito polimérico durante a cura, mais 
especificamente nos períodos de relaxação, estabilização dimensional e de umidade 
(RODA, 2013). 
Figura 02.07: Fórmula molecular do estearato de cálcio (C₃₆H₇₀CaO₄) 
 
 
 
15 
 
Fonte: BAERLOCHER, 2005 
O estearato de cálcio apresenta alguns efeitos quando é aquecido: desidrata-se 
inicialmente e começa a amolecer em temperaturas entre 120 °C e 130 °C, adquirindo 
uma consistência viscosa à aproximadamente 160 °C. Este aquecimento pode provocar 
uma ligeira descoloração no material polimérico em que se encontra incorporado 
(BAERLOCHER, 2005). 
Na figura 02.08 pode-se verificar um diagrama termogravimétrico (TG) em que 
mostra que o estearato de cálcio perde cerca de 3 % do seu peso a aproximadamente 100 
°C. Esta perda de peso corresponde à água no processo de cristalização, que é separada 
a esta temperatura. Em uma análise de varredura diferencial de calorimetria (DSC) esta 
perda de água indica a separação da cristalização de água por um pico endotérmico. 
Figura 02.08: Medição de TG e DSC do estearato de cálcio 
 
Fonte: BAERLOCHER, 2005. 
À medida em que a temperatura aumenta, existe um segundo pico endotérmico a 
aproximadamente 125 °C, que se correlaciona com a quebra da rede cristalina. O 
diagrama termogravimétrico demonstra que nesta região o peso não se altera 
 
 
16 
significativamente indicando que o estearato de cálcio adquire uma estrutura amorfa 
entre as moléculas individuais. Isto explica a elevada viscosidade do estearato de cálcio 
(BAERLOCHER, 2005). 
2.3. Extrusão PA 6.6 com Fibra de Vidro 
Os processos de transformação de termoplásticos estão em constantes mudanças 
para melhor desempenho e produtividade das operações, contudo, em se tratando de 
compósitos de base poliméricas, como o caso da fabricação da poliamida 6.6 reforçada 
com fibra de vidro, o processo de extrusão vem sendo o mais empregado 
industrialmente (FACTORI, 2009). 
Dentre as variedades de extrusoras no mercado industrial, as extrusoras de dupla-
rosca estão sendo cada vez mais utilizadas para a fabricação de compósitos poliméricos 
visto suas vantagens durante o processamento, sendo algumas delas: flexibilidade na 
configuração da geometria da rosca, dosagem de materiais em diferentes pontos do 
equipamento e a possibilidade de controle mais eficiente na dosagem de materiais pelos 
alimentadores (FACTORI, 2009). 
Os princípios básicos desta configuração de extrusora são que as roscas 
intercaladas entre si giram lado a lado dentro de um cilindro de furo interno. As roscas 
podem ambas girar no mesmo sentido (co-rotacional) ou em sentido oposto (contra-
rotacional)conforme figura 02.09. A ação da mistura possue maior eficiência nos casos 
de roscas co-rotacionais que nas contra-rotacionais, devido a maior alternância de fluxo 
entre as mesmas. Deve-se, entretanto, respeitar o cuidado de casos de processamento de 
materiais poliméricos com maior suscitibilidade à degradação onde a maior alternância 
de fluxo, e consequentemente maior taxa de cisalhamento, podem iniciar um processo 
de degradação do material polimérico dentro do próprio cilindro da extrusora. 
Figura 02.09: Perfil do conjunto dupla rosca para extrusora 
 
 
 
17 
 
Fonte: FACTORI, 2009 
Uma das principais características da extrusora é a chamada relação “L/D” sendo 
L o comprimento da rosca e o D seu respectivo diâmetro. Esta relação estabelece a 
produtividade ideal de extrusão de um determinado processo, sendo a influência de L no 
controle direto do tempo de residência do material polimérico e sua respectiva troca de 
calor ideal dentro do cilindro de plastificação e consequentemente na velocidade de 
extrusão. Já o D influencia diretamente na vazão total de material polimérico extrudado 
e consequentemente na capacidade de produção do equipamento (FACTORI, 2009). 
As condições de mistura necessárias para assegurar uma boa incorporação da fibra 
de vidro curta na matriz polimérica durante o processo de fabricação de compósitos nas 
extrusoras requerem a alimentação da fibra de vidro num estágio avançado do cilindro 
de plastificação da extrusora, já com o polímero devidamente fundido conforme 
demonstra a figura 02.10. Também requer que neste estágio do cilindro seja garantido o 
suficiente trabalho de mistura dispersiva e distributiva visando promover a 
uniformidade das fibras de vidro em filamentos individuais menores e a boa adesão 
interfacial em relação à matriz polimérica, sem, entretanto, levar à quebra excessiva no 
comprimento da fibra de vidro. Em função da necessidade destas características as 
condições de processamento tornam-se importantes para obtenção de um balanço 
adequado entre estes fatores durante a fabricação do compósito. 
Figura 02.10: Produção de compósito termoplástico reforçado com fibra de vidro 
 
 
18 
 
 Adaptado de MURPHY, 1994. 
Na maioria dos casos, nos processos de incorporação das fibras em termoplásticos 
pelo processo de extrusão, o comprimento das fibras é reduzido em até quatro vezes 
(4x) em relação ao comprimento inicial, chegando a tamanhos de até menos de um 
milímetro de comprimento, devido às forças de cisalhamento geradas por este processo 
de extrusão na região de homogeneização da rosca do cilindro (ABMACO, 2010). 
Com respeito à preservação do comprimento da fibra de vidro durante a extrusão, 
diversos pesquisadores têm constatado que a maior parte da quebra da fibra ocorre num 
período relativamente curto, logo após a incorporação da fibra na zona de 
homogeneização da extrusora, até o ponto em que os filamentos individuais da fibra de 
vidro são efetivamente incorporados pela matriz polimérica. O grau de quebra da fibra 
dependerá do perfil de cisalhamento imposto pelas condições de processamento e 
também das características reológicas e de tensão superficial e ou interação da matriz 
polimérica utilizada (LOPES; SOUSA, 1999). 
 O processo de extrusão deverá garantir o suficiente trabalho de dispersão e de 
adesão da fibra de vidro pela matriz para assim propiciar afinidade introduzida através 
do tratamento superficial da fibra com agentes de acoplagem e compatibilizantes 
interfaciais oriundas do pré-tratamento das fibras de vidro. Entretanto, devido à 
complexidade inerente à correlação processamento-estrutura-propriedades mecânica dos 
materiais compósitos reforçados com fibra de vidro e seus respectivos processos de 
enzimagem, poucos trabalhos em literatura acadêmica analisaram conjuntamente a 
influência destas variáveis de processamento e das interações relacionadas ao compósito 
poliamida 6.6 reforçado com fibra de vidro (LOPES; SOUSA, 1999). 
 
 
19 
2.4. Injeção Plástica Poliamida 6.6 (Guia de Moldagem Dupont, 
2002). 
Apesar do fato das resinas de poliamida serem comercializadas por mais de 50 
anos, continua sendo importante aperfeiçoar as condições de moldagem para se obter o 
máximo das propriedades disponíveis nestes materiais. 
Basicamente, o processo de injeção no geral, envolve: o aquecimento e o 
cisalhamento dos grânulos sólidos de polímeros até sua fusão; a transferência deste 
material fundido para um molde; e a sua manutenção sobre pressão até que se cristalize 
novamente. 
Cada tipo de poliamida possui as suas próprias características específicas de 
processamento que devem ser consideradas e compreendidas antes que seja injetada e 
assim obter o nível de qualidade desejado. As condições de moldagem afetam 
consideravelmente a qualidade da peça, alterando características tais como a resistência 
nas linhas de emenda, aparência superficial, estabilidade dimensional entre outras. 
As condições ideais de injeção para qualquer produto são determinadas através da 
combinação das características de processamento dos polímeros utilizados juntamente 
com seus modificadores e aditivos utilizados em seu processo de fabricação, 
determinando assim suas próprias características reológicas. O conhecimento básico 
destas características reológicas auxilia na compreensão das influências que as 
alterações de um parâmetro de moldagem exercem na qualidade das peças moldadas. 
As características físicas de um polímero fundido definem as condições em que 
deve ser injetado. Dentre estas podemos citar: 
 A estrutura molecular, que é basicamente semicristalina, e as diversas 
alterações que ocorrem com as variações de temperatura e pressão; 
 A quantidade de energia (calor específico e calor latente); 
 O comportamento de fluxo do material fundido e especificamente a 
viscosidade, como o parâmetro reológico mais importante; 
 A velocidade de cristalização da resina (tempo de resfriamento); 
 
 
20 
 A estabilidade da resina, especificamente sobre altas temperaturas e na 
presença de água. 
2.4.1. Controle de temperaturas na injeção 
A temperatura do polímero fundido e sua homogeneidade são determinadas pela 
temperatura do cilindro, perfil da rosca e tempo de residência. Devem ser utilizados 
controles individuais para cada uma das três zonas do cilindro. A temperatura do bico 
também deve ser controlada individualmente. 
A figura 02.11 mostra o perfil de temperatura do cilindro recomendada para obter 
a temperatura do polímero fundido desejada em função da dosagem. O perfil da rosca, 
modelo da máquina e o cilindro de plastificação variam de modo que não é possível 
especificar um perfil de temperatura aplicável a todos os casos. 
Figura 02.11: Perfil de temperatura do cilindro para uma temperatura constante 
do polímero fundido. 
 
A temperatura da zona de alimentação é importante e deve ser mantida entre 70 e 
90 °C com um sistema de refrigeração bem localizado, de modo a evitar o 
superaquecimento da resina e consequentemente sua degradação precoce. 
Em poliamidas reforçadas com fibras de vidro, o perfil de temperatura do cilindro 
pode reduzir o comprimento das fibras na peça injetada, principalmente quando a 
 
 
21 
temperatura da zona traseira permanece muito baixa. Além disso, o tempo de dosagem 
aumenta quando são necessários altos torques. Como ilustrado na figura 02.12, a 
diminuição da temperatura crítica da zona traseira reduz o comprimento médio das 
fibras de vidro e, portanto a resistência ao impacto Izod e o módulo de flexão também 
diminuem, sendo que as propriedades de impacto são as mais afetadas. 
Figura 02.12: Efeito da temperatura da zonatraseira no comprimento médio das 
fibras e propriedades mecânicas (para poliamida 6.6 reforçada). 
 
A temperatura mínima recomendada para a zona traseira, para a poliamida 6.6 
reforçada é de 290°C. Uma temperatura na zona traseira muito alta pode resultar na 
fusão prematura do material e, portanto, em uma dosagem incorreta. Portanto devem ser 
utilizadas altas temperaturas no cilindro de plastificação durante injeção de poliamida 
reforçada com fibra de vidro para se obter bons resultados conforme abaixo: 
 Melhorar a velocidade de dosagem; 
 Reduzir a quebra das fibras; 
 Reduzir problemas potenciais de desgaste devido à abrasão entre partículas 
não fundidas, a rosca e o cilindro; 
 
 
22 
 Reduzir o torque na rosca e, consequentemente, o desgaste da rosca em 
ciclos rápidos. 
O bico deve atuar apenas como uma ponte entre o cilindro e o molde e não deve 
afetar a temperatura do polímero fundido. A temperatura do bico deve ser ajustada de 
modo a evitar o resfriamento ou escorrimento da resina. 
2.4.2. Velocidade e pressão de injeção 
Todas as máquinas de injeção modernas fornecem a pressão de injeção necessária 
para se alcançar a velocidade de injeção desejada. A velocidade de injeção ideal para 
uma peça depende da geometria da mesma, dimensões do ponto de injeção e 
temperatura do polímero fundido. Na injeção de seções estreitas de peças, normalmente 
são necessárias altas velocidades de injeção para o devido preenchimento antes da 
solidificação da resina. Na injeção de seções espessas ou de peças com ponto de injeção 
relativamente pequeno, é recomendável utilizar velocidades mais baixas para retardar a 
solidificação do ponto de injeção sendo possível compactar a peça durante o maior 
tempo possível. 
O acabamento superficial é mais uniforme quando a velocidade de injeção é 
suficientemente alta para que se preencha a cavidade antes da resina começar a 
solidificar. Para as poliamidas reforçadas com fibra de vidro são necessárias altas 
velocidades de preenchimento, pois o processo de cristalização da resina ocorre mais 
rapidamente do que as poliamidas não reforçadas. Por esse mesmo motivo a pressão de 
injeção necessária para processar resinas de poliamidas reforçadas com fibras de vidro 
também são maiores, situando-se em faixas entre 75 e 100 MPa. 
O excesso de pressão imediatamente anterior ao completo preenchimento da 
cavidade do molde pode acarretar em uma alta concentração de tensão na área do ponto 
de injeção e provocar um desempenho inferior da peça. Em muitos casos são 
necessários utilizar um ciclo com fases de injeção conforme descrito abaixo: 
 Inicialmente utilizando altas velocidades até o preenchimento da peça e, 
em seguida; 
 
 
23 
 Utilizar velocidades inferiores para completar o preenchimento com o 
intuito de evitar queimaduras no final do fluxo; 
 Ajustar o ponto de comutação de injeção dinâmica para recalque o mais 
tardiamente possível, porém não após o completo preenchimento da 
cavidade do molde. 
2.4.3. Pressão e tempo de recalque 
Da mesma forma que para todos os termoplásticos, a contração de moldagem das 
poliamidas depende principalmente da pressão de recalque e do tempo em que essa 
pressão é mantida. A pressão de recalque se aplica sobre a resina durante o processo de 
cristalização, após preenchimento das cavidades do molde, de modo que se possa 
compensar a variação de volume e limitar a contração da peça após a extração. 
Devido ao caráter cristalino das poliamidas, deverá ser aplicada a pressão de 
recalque máxima possível para redução da contração, normalmente em 90 MPa. Uma 
variação de 10 MPa pode resultar em uma contração diferenciada de aproximadamente 
0,1%. É essencial que seja programada apenas uma pressão para todo o tempo de 
recalque, do contrário, a peça injetada poderá apresentar cristalinidade não uniforme e 
resultar em propriedades mecânicas inferiores. 
A contração de moldagem das poliamidas depende da pressão de recalque, mas 
também do tempo em que esta pressão é mantida sobre a resina na cavidade do molde. 
Para a obtenção de peças com boa aparência, boas propriedades mecânicas, estabilidade 
dimensional e planicidade, são necessárias que se aplique uma pressão de recalque 
adequada por um tempo suficiente para que a maior parte da cristalização do material se 
complete a uma pressão constante. 
Um método muito utilizado para estabelecer o tempo de recalque adequado para 
as condições de moldagem de um produto consiste em pesar as peças injetadas com 
diferentes tempos de recalque entre vários ciclos de produção. 
Figura 02.13: Contração e peso da peça em função do tempo de recalque 
 
 
24 
 
Durante estes testes o ciclo total deve ser mantido constante para assegurar uma 
temperatura do polímero fundido constante. O tempo de recalque correto é alcançado 
quando o peso da peça atinge, pela primeira vez, o valor máximo. 
2.5. Solda Vibracional 
O processo de solda por vibração consiste na oscilação entre dois componentes, 
onde uma das partes é fixada e a outra oscila linearmente ou circularmente em um 
determinado plano. As superfícies em contato fundem devido ao calor gerado pelo atrito 
vibracional, tendo como consequência uma camada de material fundido (VARGA, 
2008). 
Os processos de soldagem para os materiais poliméricos são indispensáveis no 
desenvolvimento de produtos que possam aumentar ao máximo a eficiência entre o peso 
e o desempenho destes compostos, pois estruturas feitas em uma única peça são 
normalmente impraticáveis do ponto de vista técnico e econômico e também devido às 
características restritivas como design complexo, tamanho, indisponibilidade de 
tecnologias de processamento, mas principalmente, a necessidade da combinação de 
diferentes materiais na mesma peça (VARGA, 2008). 
 
 
25 
A figura 02.14 representa o esquema de solda por vibração linear, onde 
inicialmente os componentes são pressionados por uma carga definida (F). A área 
superficial (A) é definida pelo contato entre os dois componentes. Após, a parte superior 
entra em vibração, oscilando linearmente a uma amplitude (a). As forças resultantes (Fr) 
dessa oscilação geram atrito e consequentemente calor, até fundir os dois materiais. A 
quantidade de material a ser fundido é definida pela profundidade (s). O processo se 
mantém por alguns segundos garantindo o resfriamento da união soldada (VARGA, 
2008). 
Figura 02.14: Ilustração esquemática de solda por vibração linear 
 
Fonte: Varga, 2008 
2.5.1. Parâmetros de processo de soldagem vibracional 
As principais variáveis que cercam o processo de solda por vibração linear estão 
descritas na Tabela 02.01 abaixo. O controle das variáveis garante a qualidade da união 
soldada, pois estão diretamente ligadas ao princípio de aquecimento por atrito entre os 
materiais. Compostos poliméricos com baixo índice de fluidez requerem maior 
amplitude de oscilação e tempo de solda até atingirem a temperatura de soldagem 
(GREWELL, 2007). 
Tabela 02.01: Principais parâmetros de processo de solda vibracional 
Parâmetros de processo Descrição 
Modo de trabalho 
Variável primária de funcionamento do processo 
(soldagem por tempo ou por profundidade) 
Penetração ou profundidade (s) 
Quantidade de material a ser fundido (controle em 
milímetros quando o modo do processo for 
 
 
26 
determinado em profundidade) 
Tempo de solda 
Período de duração apenas da etapa de vibração entre 
os componentes a serem soldados (controlada em 
segundos) 
Força de solda (F) 
Parâmetro que determina a força a ser utilizada entre 
os componentes a serem soldados (pode ser 
controlada em força, pressão ou em percentual)Amplitude de oscilação (a) 
Curso do movimento de vibração da parte superior do 
sistema (controle em milímetros) 
Tempo de resfriamento 
Período de resfriamento da união após a etapa de 
vibração (controle em segundos) 
Adaptado de GREWELL, 2007 
Além dos parâmetros programáveis de processos, há fatores construtivos dos 
equipamentos que influenciam no comportamento do processo e na qualidade da junta 
soldada. A capacidade do equipamento em trabalhar em altas frequências e amplitudes 
favorece na geração de calor durante o contato entre os materiais possibilitando a união 
de materiais cristalinos, semicristalinos e amorfos (GREWELL, 2007). 
2.5.2. Etapas do processo e penetração de solda 
As etapas de penetração de solda entre dois materiais poliméricos podem ser 
divididas em quatro fases, segundo Varga (2008) e Patham (2011). A figura 02.15 e a 
figura 02.16 representam, respectivamente, a típica penetração deste processo, 
apresentando os quatro regimes de solda que exemplificam as principais características 
de transição durante a união entre os materiais e o comportamento visual da união 
soldada durante as fases 1, 2, 3 em vista transversal. 
Figura 02.15: Etapas de transição do processo de penetração de solda ao longo do 
tempo. 
 
 
 
27 
 
Fonte: Varga, 2008 
1 - Fase sólida de atrito: também denominado como fase Coulomb de atrito, onde não 
ocorre penetração dos materiais, apenas garante o contato entre os mesmo devido à 
força aplicada. 
2 - Fase de penetração instável: a fase onde os materiais começam a se fundir devido 
ao aumento de temperatura. A instabilidade se dá pelo fato da taxa de derretimento 
interno não ser compatível com a taxa de derretimento externo. 
3 - Fase de penetração constante: onde as taxas de derretimento permanecem 
constantes garantindo uniformidade de fusão entre os materiais, aumentando a taxa de 
penetração. 
4 - Solidificação: fase onde não há trabalho (ausência de vibração por atrito), os 
materiais solidificam resultando em um volume único de material fundido. 
Figura 02.16: Representação ilustrativa do processo de penetração de solda 
 
 
 
28 
 
Fonte: Patham, 2011 
 
 
29 
 
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
Após o recebimento da informação do problema em campo de um lote específico 
de peças, e o inicio do devido retorno das mesmas para a empresa, iniciou-se o estudo 
para avaliação e identificação da causa raiz do problema seguindo uma sequência de 
etapas demonstrada na tabela 03.01. As etapas posteriores à definição de investigação 
da materia-prima, determinada pelo estudo inicial do problema com base no diagrama 
de Ishikawa, foram divididas em três grupos de análise sendo elas: 
 Grupo 01: Análises de peças defeituosas retornadas de campo; 
 Grupo 02: Análise de peças de contraprovas do lote suspeito sem 
utilização; 
 Grupo 03: Análise de peças de produção normal. 
Esses três grupos foram analisados sem uma sequência previamente estabelecida 
entre eles, sendo realizada a investigação nos grupos de forma simultânea em diferentes 
tipos de análise e, na medida em que os resultados direcionavam para certas evidências, 
eram realizadas análises comparativas entres as amostras de peças dos grupos para 
seguimento da investigação. O detalhamento de cada etapa foi abordado na sequência 
do trabalho em seções de subtítulos para melhor organização e entendimento. 
Tabela 03.01: Fluxograma das principais etapas experimentais do trabalho. 
 
 
30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.1. Etapa 01 – Análise Visual das Peças Retornadas de Campo. 
A primeira etapa realizada do processo de análise das peças retornadas de campo 
foi a visualização geral de suas características físicas na busca de uma identificação 
prévia de possíveis anormalidades em relação à peça em seu estado original de 
fabricação. Embora tenha sido uma análise simples de visualização, a técnica resultou 
em dados importantes para posterior catalogação dos detalhes das falhas nas peças. 
A metodologia utilizada foi importante para extração de dados como: 
Etapa 01 (Grupo 01) 
Análise visual das peças 
retornadas de campo 
Etapa 02 (Grupo 01 e 02) 
Ensaio de resistência 
mecânica (teste de extração 
do tampão soldado) 
Etapa 03 (Grupos 02 e 03) 
Ensaio de microscopia 
óptica 
Etapa 04 (Grupo 02) 
Ensaio de resistência ao 
aquecimento 
Etapa 05 (todos os grupos) 
Análise Termogravimétrica 
(TG) 
Etapa 06 (Grupos 01 e 03) 
Análise Microscopia Eletrônica 
por Varredura (MEV) 
Etapa 07 (Grupo 02) 
Análise cromatográfica do 
resíduo obtido na etapa 04 
Etapa 08 
Auditoria de processo no 
fabricante de matéria-prima 
 
 
31 
 Rastreabilidade do lote do produto através do datador da peça (figura 
03.01); 
 Local do vazamento de combustível na peça; 
 Aspecto superficial do produto; 
 Entre outros aspectos pontuais. 
Esta avaliação prévia foi importante também para auxiliar no estudo inicial do 
diagrama de Ishikawa e na determinação prioritária da continuidade da investigação em 
relação a matéria-prima conforme etapas subsequentes. 
Figura 03.01: Ilustração dos locais de rastreabilidade da peça. 
 
3.2. Etapa 02 – Testes de Extração do Tampão Soldado (Teste de 
Resistência Mecânica). 
O teste de extração do tampão soldado é uma avaliação já adotada na fabricação 
desta peça, havendo uma frequência de teste estabelecida como liberação de produção e 
reinicio de produção, quando ocorresse, por meio de amostragem das primeiras peças 
produzidas e, por se tratar de teste destrutivo, não se controlava com frequência 
Datadores do 
molde de injeção 
Gravação de 
montagem da peça 
 
 
32 
preestabelecida durante sua produção. Este até então na ocasião foi a principal análise 
de avaliação do processo de soldagem entre o corpo da galeria e o seu devido tampão. 
Com base neste histórico decidiu-se avaliar esta soldagem em algumas peças 
retornadas de campo (Grupo 01) de modo a verificar a influência do vazamento de 
combustível na resistência destas soldas. 
Para a realização dos testes foram utilizadas três galerias de combustíveis as quais 
passaram por um processo de corte total transversal para encaixe do dispositivo 
cilíndrico de teste conforme figuras 03.02 e 03.03. 
Figura 03.02: Peças serradas para teste de extração do tampão. 
 
Figura 03.03: Encaixe do punção de tração na geometria interna da peça. 
 
Tanto o dispositivo, quanto a peça, são fixados em uma máquina universal de 
ensaios para aplicação de força até a realização da extração da tampa. Para estes testes 
Antes Depois 
Aplicação da 
Força 
 
 
33 
em específico foi utilizada uma máquina universal de ensaios da marca e modelo EMIC 
DL500 com célula de carga Trd 26 auxiliado por um software MTest versão 3.00. A 
velocidade padronizada de avanço foi de 25 mm por minuto. A especificação 
recomendada, em norma específica da montadora, para aprovação das peças são de 
resultados maiores que 2.000 N (Newtons). 
Os resultados destes ensaios foram comparados com os registros de liberação de 
produção do lote problemático na ocasião de sua fabricação, conforme resultados da 
rastreabilidade, para um melhor entendimento sobre possíveis alterações em relação a 
sua aplicação em campo. 
Figura 03.04: Resultados físicos das peças após os testes de extração do tampão. 
 
As comparações destes ensaios tornaram-se possíveis a determinação dos passos 
seguintes da investigação, demonstrando ser necessário um estudo mais focado nestas 
características e com isso decidido por uma avaliação microscópica da solda (etapa 03)e um teste de resistência e desempenho para simulação da aplicação da galeria de 
combustível no motor de um veículo (etapa 04). 
 
 
34 
3.3. Etapa 03 – Análises de Microscopia Óptica 
Para entendimentos dos perfis de solda e suas respectivas fotos micrscópicas, a 
figura 03.05 demonstra exatamente as regiões adotadas para interpretação das imagens 
resultantes das análises das peças ensaiadas. 
Figura 03.05: Perfil de soldagem em corte e com ampliação de 50X. 
 
Foram realizadas, no laboratório químico da própria empresa, as análises 
microscópicas óptica de amostras de peças de contraprova do lote suspeito (Grupo 02) 
em comparação com peças de produção atual (Grupo 03), de modo a verificar possíveis 
divergências no perfil de solda entre os lotes de produção. 
3.4. Etapa 04 – Ensaio de Resistência ao Aquecimento 
Diante da necessidade de se simular um ensaio representativo à utilização do 
produto em campo, em continuidade aos resultados previamente obtidos, foi 
encomendado, através de um laboratório independente e devidamente reconhecido no 
Corpo 
Tampa 
Escoamento 
Rebarba 
Alojamento para 
escoamento da rebarba 
 
 
35 
meio tecnológico, um ensaio de resistência à alta temperatura para verificação do 
comportamento térmico do produto. Os detalhes do experimento foram emitidos e 
registrados em relatório específico do orgão sob o número de controle DAPE 2003/060. 
Para este ensaio foi necessário a confecção de dispositivos, que simulassem a 
fixação do produto no motor do carro, para acomodação das peças dentro da câmara de 
aquecimento. 
Figura 03.06: Dispositivo para simulação de fixação das galerias no motor do 
carro. 
 
Para este ensaio foi contratado o laboratório da Divisão de Qualificação e Análise 
de Produtos do Centro de Pesquisa Renato Archer (CenPRA) em Campinas/SP. O 
equipamento utilizado para este ensaio foi uma câmara térmica Campchamber com 
temperatura programável até 200ºC, com incerteza da temperatura de ± 1,5 ºC e 
estabilidade de ± 0,3 ºC. 
Foram selecionadas oito galerias de combustíveis para o devido teste, referente ao 
lote de contraprova do lote suspeito (Grupo 02), sendo que seis galerias foram fixadas 
nos gabaritos desenvolvidos para este teste e outras duas peças foram parciais (serradas) 
para posteriores testes de extração do tampão conforme demonstradas na figura 03.07. 
 
 
36 
Figura 03.07: Acomodação das amostras para teste de aquecimento 
 
Os gabaritos com as galerias de combustíveis foram alocadas dentro da câmara de 
ensaio a uma temperatura de 25 ºC e, depois de fechada, foi programada para uma 
temperatura de 140 ºC (simulando uma aplicação crítica no motor de um veículo). Após 
atingida a temperatura programada, foram mantidas as peças expostas nessa temperatura 
por 500 horas ininterruptas, verificando-se diariamente a temperatura. Esta simulação 
baseou-se em uma norma automobilistica internacional. 
Ao atingir o limite de 500 horas sob teste, a câmara foi desligada e resfriada 
lentamente até a temperatura ambiente para retirada dos corpos de prova e posterior 
avaliação, sendo esta abertura da câmara acompanhada pelos responsáveis entre 
contratante e contratada. 
3.5. Etapa 05 – Análise Termogravimétrica (TG) 
A análise termogravimétrica é definida como um processo contínuo que envolve a 
medida da variação de massa de uma amostra em função da variação de temperatura. 
Semelhante a calorimetria exploratória diferencial (DSC), na análise termogravimétrica 
(TG) a amostra é aquecida ou resfriada, a uma taxa controlada. Uma pequena 
quantidade de amostra (por volta de 10 mg) é colocada em uma termobalança, onde sua 
massa é constantemente monitorada. O resultado da análise é mostrado sob a forma de 
 
 
37 
um gráfico cuja abscissa contém os registros de temperatura (ou tempo) e a ordenada à 
massa residual. 
Foram realizadas análises por laboratório especializado e contratado da UFSCar 
em São Carlos/SP e os dados disponibilizados através do relatório de análise LCP 
03/000081. As amostras ensaiadas foram dos três grupos de peças de modo a realizar 
uma comparação entre elas e assim verificar possíveis alterações que possam ter 
ocorrido e que ajudem no processo de investigação das causas do problema ocorrido. A 
intenção do uso desta técnica está associada na tentativa de verificar possíveis alterações 
de composições, especificamente nas regiões de solda, em três principais famílias de 
substâncias da poliamida, sendo elas: teor orgânico de massa polimérica, teor de negro 
de fumo e teor de fibra de vidro. 
As amostras foram aquecidas em atmosfera inerte (N2), da temperatura ambiente 
até 550 
o
C, a uma velocidade de aquecimento de 20 
o
C/min. Ao atingir esta temperatura 
(550 
o
C) alterou-se automaticamente a atmosfera para oxidante (O2), continuando-se o 
aquecimento até 850 
o
C, mantendo-se a velocidade em 20 
o
C/min. A mudança de 
atmosfera inerte (N2) para oxidante (O2) permite quantificar o teor de negro de fumo 
utilizado na amostra. A análise foi realizada em um TGA modelo HiRes 2950 da 
DuPont. Os experimentos foram realizados em triplicata, tomando-se o cuidado de 
retirar pequenos pedaços de diferentes regiões da solda. 
3.6. Etapa 06 – Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV/EDS) 
A microscopia eletrônica de varredura acoplada a espectroscopia por energia 
dispersiva permite realizar uma caracterização pontual da amostra. A grande vantagem 
desta técnica é que o tamanho da amostra a ser analisada pode ser muito pequeno. 
Foram realizadas análises por laboratório especializado e contratado da UFSCar 
em São Carlos/SP e os dados disponibilizados através do relatório de análise LCP 
03/000081. 
A análise foi realizada via microscopia eletrônica de varredura (MEV – 
Stereoscan 440 – LEO) tendo acoplado um EDS (Energy Dispersion Spectroscopy – 
Espectroscopia por Energia Dispersiva – eXL – Oxford). A quantificação obtida são 
 
 
38 
apenas semiquantitativas, servindo apenas como um indicador e por isso não foram 
referenciadas como análises quantitativas, sendo o objetivo principal deste ensaio os 
resultados da microscopia eletrônica de varredura (MEV). 
O objetivo principal deste ensaio foi a análise da região de solda entre a tampa e a 
extremidade da peça (figura 03.08), tanto na região de vazamento quanto em regiões 
intactas da solda. 
Figura 03.08: Peça representativa do grupo 01 (retornada com problema de 
campo). 
 
Para efeito de comparação foi realizada a análise também em uma peça normal 
de produção com a diferença que a peça analisada foi uma das previamente ensaiadas no 
teste de extração da tampa (figura 03.09) e, por esse motivo, a tampa e o corpo da peça 
já se encontravam separados e não sendo possível a análise da junção da solda entre a 
peça e a tampa. A análise foi realizada apenas nas superfícies de contato da solda após 
extração das partes. 
Figura 03.09: Peça representativa do grupo 03 (após ensaio de extração da 
tampa). 
Extremidade da peça 
 
 
39 
 
3.7. Etapa 07 – Análise do Resíduo Obtido no Ensaio de 
Resistência ao Aquecimento. 
Foram encomendadas análises para o laboratório especializado e contratado da 
UFSCar em São Carlos/SP para identificação da composição química do resíduo branco 
obtido ao final do ensaio de resistência ao aquecimento. Foram realizadas análises para 
identificação da amostra pela técnica de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência 
(CLAE) e os resultados disponibilizados através do certificado de análise nº 0305/03 do 
laboratório da UFSCar. 
Conforme mencionado anteriormente, por medida de sigilo e confidencialidade, 
os detalhes deste ensaio