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Processos de Fabricação II Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Me. Lincoln Nascimento Ribeiro Revisão Textual: Prof.ª Me. Natalia Conti Processamento de Polímeros • Introdução; • Extrusão em Polímeros; • Injeção de Plásticos; • Termoformagem. • Apresentar ao aluno os principais processos de fabricação que são utilizados para o pro- cessamento de materiais poliméricos. OBJETIVO DE APRENDIZADO Processamento de Polímeros Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”; Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo; No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam- bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados; Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Processamento de Polímeros Introdução Os materiais plásticos ou polímeros constituem uma das grandes inovações do século XX. São materiais extremamente versáteis e que possuem boa resistência à corrosão, baixa densidade e razoável resistência mecânica, quando comparados aos materiais metálicos. Como exemplo bem atual é possível citar a indústria automobilística, onde o automóvel é cada vez mais composto por partes de plástico. Isso permite que esses automóveis sejam cada vez mais leves e economizem combustível. Na Figura 1 é possível visualizar um exemplo de para-choque de um automóvel fabricado em material plástico. Além da redução do peso do veículo, em relação à utilização de um para-choque de material metálico, ainda é possível aumentar a absorção do impacto durante uma colisão. Figura 1 – Exemplo de para-choque automotivo fabricado em material plástico Fonte: Getty Images Os principais processos de fabricação utilizados para o processamento de polí- meros são: • Extrusão • Injeção Plástica • Termoformagem A seguir, esses processos serão apresentados. Extrusão em Polímeros Qual é o processo de conformação de polímeros mais comum? Ex pl or O processo de extrusão é o processo de conformação de polímeros mais co- mum. Normalmente é utilizado para a obtenção de produtos, como tubos, perfis de matérias poliméricos, entre outros. 8 9 Na Figura 2 é possível visualizar exemplos de produtos fabricados através do processo de extrusão em polímeros. Figura 2 – Exemplo de produtos plásticos fabricados através do processo de extrusão Fonte: LIRA, 2018, Pág. 143 No processo de extrusão de polímeros a resina plástica é aquecida através de resistências elétricas e, após a sua fusão, é transportada através de um parafuso até uma matriz que possui o formato da seção transversal do produto desejado. Todo esse processo ocorre em uma máquina conhecida como Máquina Extrusora. Na Figura 3 é possível visualizar uma ilustração que contém as partes de uma máquina extrusora. Figura 3 – Componentes de uma máquina extrusora de polímeros Fonte: LIRA, 2018, Pág. 145 9 UNIDADE Processamento de Polímeros O funil da extrusora é utilizado para o abastecimento contínuo de material na extrusora. A rosca do parafuso da extrusora tem a função de fundir a resina plástica e transportar essa resina fundida até a matriz de extrusão. Normalmente essa rosca é composta por três estágios, conforme ilustrado na Figura 4. Figura 4 – Estágios da rosca do parafuso de uma máquina extrusora de polímeros Fonte: LIRA, 2018, Pág. 144 Ao redor do parafuso de extrusão existem resistências elétricas que são respon- sáveis pelo aquecimento e fusão do material plástico, para que esse material chegue fundido na matriz de extrusão. A matriz de extrusão possui o formato da área da seção transversal do produto a ser fabricado. Na Figura 5 é possível visualizar os componentes de uma matriz utilizada para a extrusão de perfis plásticos. Figura 5 – Componentes de uma Matriz de Extrusão Fonte: LIRA, 2018, Pág. 146 Coextrusão Para que serve o processo extrusão conhecido como coextrusão? Ex pl or 10 11 O processo de coextrusão é um processo de extrusão de polímeros utilizado para a fabricação de produtos com camadas de materiais diferentes sobrepostas. Como exemplo de aplicação do processo de coextrusão é possível citar as várias camadas de revestimentos utilizadas no isolamento de cabos elétricos. Outro exem- plo de aplicação são as embalagens de alimentos que possuem várias camadas, sendo que o material em contato com o ambiente externo é diferente do material em contato com o alimento. A principal característica do processo de extrusão é a fabricação de um produto composto por vários materiais. Nesse caso, cada material é plastificado em uma extru- sora de forma separada. Na Figura 6 é possível visualizar a ilustração de um equipa- mento composto por 2 extrusoras que é utilizado para a fabricação de um filme com 2 camadas. Nesse processo de coextru- são, o cabeçote de extrusão é utilizado para realizar a união en- tre as camadas de cada polímero que entra por cada extrusora. Na Figura 7 é possível visualizar de- talhes do cabeçote de extrusão de um equipamento que utiliza duas extrusoras para coextrusão. No desenho da esquerda é possí- vel visualizar o cabeçote de extru- são em corte e, dessa forma, ver com detalhes os locais por onde entram os materiais fundidos oriundos das extrusoras 1 e 2. Na parte direita da Figura 7 é possível visualizar uma vista em perspectiva do cabeçote de extrusão. Figura 7 – Detalhe do cabeçote de Coextrusão para duas camadas Fonte: LIRA, 2018, Pág. 147 Figura 6 – Coextrusão em 2 camadas Fonte: LIRA, 2018, Pág. 147 11 UNIDADE Processamento de Polímeros Caso se utilize a coextrusão para a fabricação de filmes, chapas e frascos, po- dem existir produtos com três até doze ou mais camadas, de acordo com as funções de cada camada. No exemplo da Figura 8 é apresentada a ilustração de um recipiente com cinco camadas de polímeros. Figura 8 – Detalhe de um recipiente com cinco camadas de polímeros Fonte: LIRA, 2018, Pág. 149 Extrusão por sopro Para que serve o processo extrusão conhecido como extrusão por sopro? Ex pl or O processo de extrusão por sopro é um processo de extrusão de polímeros uti- lizado para a fabricação de produtos com corpos ocos e fechados. Como exemplo de aplicação desseprocesso é possível citar garrafas, frascos, e reservatórios de plástico. Na Figura 9 é possível visualizar exemplos de produtos fabricados através do processo de extrusão por sopro. 12 13 Figura 9 – Exemplos de produtos fabricados através do processo de extrusão por sopro Fonte: LIRA, 2018, Pág. 150 No fluxograma da Figura 10 é possível visualiza as etapas do processo de extrusão. I – Extrusão da pré-forma II – Posicionamento da ferramenta de sopro III – Agarramento e separação da pré-forma IV – Moldagem e resfriamento V – Desmoldagem e extração Figura 10 – Fluxograma das Etapas do processo de extrusão por sopro As etapas descritas na Figura 10 estão ilustradas na Figura 11. Figura 11 – Ilustração das Etapas do processo de extrusão por sopro Fonte: LIRA, 2018, Pág. 152 13 UNIDADE Processamento de Polímeros Os itens 1 a 9 correspondem às partes da máquina extrusora: 1. Extrusora 2. Cabeçote móvel 3. Bico/Torpedo 4. Pré-forma/núcleo 5. Faca 6. Canais de resfriamento 7. Ferramenta de sopro 8. Mandril de sopro 9. Produto De uma forma resumida, têm-se as seguintes etapas: • Na etapa I é produzida por extrusão a pré-forma que consiste em um tubo (também chamado de parison), representada pelo tem 4 na Figura 11. • Na etapa II, o molde que possui o formato do produto se fecha e a faca corta a pré-forma. • Na etapa III o ar é injetado dentro da préforma, que se expande adquirindo o formato das paredes internas (cavidade) do molde. • Na etapa IV é aguardado o resfriamento do produto. • Na etapa V o produto é extraído do molde. Injeção de Plásticos Para que serve o processo de injeção plástica? Ex pl or O processo de injeção plástica é um processo de transformação de polímeros utilizado para a fabricação de produtos com geometrias mais complexas do que o processo de extrusão. No processo de injeção plástica também ocorre a fusão do material plástico e o transporte do material também ocorre em uma rosca. Porém, esse material fun- dido é injetado diretamente dentro de um molde que possui a geometria interna e externa do produto final. 14 15 Na Figura 12 é possível visualizar os componentes de uma máquina injetora de plásticos. Figura 12 – Componentes de uma máquina injetora de plásticos Fonte: LIRA, 2018, Pág. 156 O processo de injeção de plásticos é composto pelas seguintes etapas: 1. Fechamento do Molde que possui o formato do produto. 2. Avanço da unidade de injeção até encostar o bico de injeção da entrada do molde, conhecida como bucha de injeção. 3. Injeção do plástico fundido dentro do molde. 4. Recalque, ou seja, acrescenta-se uma pressão extra de injeção. 5. Realiza-se o recuo do bico de injeção. 6. Extração da peça após o resfriamento através da abertura do molde. Na Figura 13 é possível visualizar um exemplo de produto fabricado através do processo de injeção plástica. Figura 13 – Balde fabricado através do processo de injeção plástica Fonte: Getty Images 15 UNIDADE Processamento de Polímeros Termoformagem Para que serve o processo de termoformagem? Ex pl or O processo de termoformagem é um processo de transformação de polímeros utili- zado para a fabricação de produtos, a partir de placas planas e filmes de termoplásticos. Os produtos fabricados através do processo de termoformagem apresentam es- pessuras finas e são abertos. Na Figura 14 é possível visualizar as etapas do processo de termoformagem de materiais plásticos. Figura 14 – Etapas do processo de termoformagem de plásticos Fonte: LIRA, 2018, Pág. 166 Os moldes utilizados para a termoformagem são fabricados, normalmente, em alumínio ou em resinas epóxi. O processo consiste em aquecer a placa ou o filme de plástico e pressioná-lo sobre o molde, de tal forma que essa placa adquira o formato desse molde. Essa pressão pode ser exercida por vácuo através de furos no molde, ou então por pressão propriamente dita aplicada sobre a placa contra o molde. Na Figura 15 é possível visualizar etapas do processo de termoformagem utili- zando-se vácuo. Figura 15 – Etapas do processo de termoformagem de plásticos utilizando-se vácuo Fonte: LIRA, 2018, Pág. 168 16 17 Na Figura 16 é possível visualizar exemplos de produtos fabricados através da termoformagem. Figura 16 – Exemplos de produtos fabricados através de termoformagem de plásticos Fonte: LIRA, 20 18 – Pág. 167 17 UNIDADE Processamento de Polímeros Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Livros Princípios dos Processos de Fabricação Utilizando Metais e Polímeros LIRA, V. M. Princípios dos Processos de Fabricação Utilizando Metais e Polímeros. 1ª Edição digital - Ed. Edgard Blucher, São Paulo, 2018. Leia o capítulo 5 (p 142-187) da obra, nesse texto serão apresentados com mais detalhes os processos de transformação de polímeros. Ciência dos Materiais SHACKELFORD, J. F. Ciência dos Materiais. Pearson Prentice Hall, 2008. Leia também o capítulo 13 (p 292-314) da obra, nesse texto será apresentado detalhes sobre o processamento de polímeros. Vídeos Processo de Termoformagem https://youtu.be/oJhBICDo9Gc Extrusão e Sopro https://youtu.be/jVg9S82Q0hQ 18 19 Referências ASKELAND, D. R. & WRIGHT, W. J. Ciência e Engenharia dos materiais. 3ª Edição – Ed. Cengage Learning, São Paulo, 2014. CALLISTER Jr., W. D. & RETHVISCH, D. G. Ciência e Engenharia de Materiais – Uma Introdução. 9ª Edição – Ed. LTC, Rio de Janeiro, 2018. LESKO, J. Design Industrial: Materiais e Processos de Fabricação. 1ª Edição – Ed. Blucher, São Paulo, 2004. LIRA, V. M. Princípios dos Processos de Fabricação Utilizando Metais e Polímeros. 1ª Edição digital - Ed. Edgard Blucher, São Paulo, 2018. SHACKELFORD, J. F. Ciência dos Materiais. 6ª Edição – Ed. Pearson Prentice Hall, São Paulo, 2008. SMITH, W. F. & HASHEMI, J. Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais. 5ª Edição – Ed. AMGH, Porto Alegre, 2012. 19