TDE A3 conformação

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3ª. Lista de Exercícios de Conformação
Luis Scheidt
1. Quais os elementos da tabela periódica que são comumente presentes na
composição dos polímeros?
Os elementos mais comumente presentes nos polímeros são:
Hidorgenio, Carbono, Silicio, Nitrogenio, Oxigenio e fluor
2. Qual a diferença entre homopolímeros e copolímeros?
Homopolímeros são provenientes de uma única unidade repetitiva
monomérica, já os Copolímeros possuem duas ou mais unidades repetitivas
monoméricas diferentes, ou seja, são obtidos usando dois ou mais co-monômeros
3. Cite a classificação dos polímeros pelo critério de cadeias moleculares.
Classificação dos polímeros de acordo com a estrutura das cadeias
moleculares:
Polímeros lineares, Polímeros ramificados, Polímeros com ligações cruzadas e
Polímeros em rede
4. Cite a classificação dos polímeros segundo o processamento.
Termoplásticos: amolecem quando são aquecidos e endurecem quando
resfriados - processos que são totalmente reversíveis e que podem ser repetidos
Em escala molecular, na medida em que a temperatura é elevada, as forças de
ligação secundárias diminuem (devido ao maior movimento das moléculas), de tal
maneira que o movimento relativo de cadeias adjacentes é facilitado.
A degradação irreversível ocorre quando a temperatura de um polímero
termoplástico fundido é aumentada excessivamente.
Termofixos: são moldados na forma de pré-polímero e depois são submetidos
a um processo de “cura”, quando assumem a sua forma definitiva e não podem ser
moldados novamente por aquecimento. Durante os tratamentos térmicos, essas ligações
prendem as cadeias umas às outras para resistir aos movimentos de vibração e de
rotação da cadeia em temperaturas elevadas.
Elastômeros: são materiais com alta elasticidade, podendo sofrer grandes
deformações sem se romperem. De um modo geral, os elastômeros necessitam passar
por um processo químico de reticulação (vulcanização no caso da reação ser feita com
enxofre) para serem usados.
5. O que define o grau de cristalinidade?
O grau de cristalinidade é definido por:
● Taxa de resfriamento durante a solidificação: tempo é necessário para as
cadeias se moverem e se alinharem em uma estrutura cristalina;
● Complexidade do mero: quanto mais complexo o mero, menos cristalino
o polímero;
● configuração da cadeia: polímero lineares cristalizam com facilidade,
ramificações inibem a cristalização, polímeros em rede são quase totalmente amorfos e
são possíveis vários graus de cristalinidade para polímeros com ligações cruzadas.
● copolimerização: se os meros se arranjam mais regularmente, são mais
fáceis de cristalizar. Ex: Copolímeros em bloco e alternados cristalizam mais facilmente
que os aleatórios ou por enxerto.
6. Faça um gráfico representativo das reações poliméricas sob o ponto de
vista térmico.
7. Quais as principais técnicas de processamento?
Processos Contínuos
– Extrusão de filmes, extrusão de fibras
Preenchimento de molde
– Moldagem por injeção, moldagem por compressão
Moldagem de pré-forma
– Sopro, conformação térmica
Moldagem gradual
– Revestimento, moldagem por rotação
8. Faça um resumo da característica principal dos polímeros de engenharia
citados em sala.
Polietileno: Tem baixo custo, apresentando muitas propriedades importantes
do ponto de vista industrial, tais como a tenacidade à temperatura ambiente e a baixas
temperaturas, com resistência mecânica suficiente para muitas aplicações, a boa
flexibilidade numa vasta gama de temperaturas, mesmo até –73ºC, a excelente
resistência à corrosão, as ótimas propriedades de isolamento, a ausência de cheiro e
sabor e a baixa transmissão de vapor de água.
Policloreto de Vinila: A larga utilização do PVC é atribuída essencialmente à
sua elevada resistência química e à sua capacidade para se misturar com aditivos, o que
permite produzir um grandes número de compostos com uma vasta gama de
propriedades físicas e químicas. O PVC origina um material que é essencialmente
amorfo e não recristaliza. As fortes forças de coesão entre as cadeias poliméricas do
PVC devem-se principalmente aos elevados momentos dipolares causados pelos átomos
de cloro. Os átomos de cloro, de grandes dimensões, provocam, no entanto, um
bloqueio espacial e repulsão eletrostática, o que reduz a flexibilidade das cadeias
poliméricas.
Polipropileno: É um dos polímeros mais baratos, uma vez que pode ser
sintetizado a partir de matérias-primas petroquímicas baratas. Mais resistente
mecanicamente e menos flexível que o polietileno. Este material pode ser submetido a
temperaturas de 120ºC sem se deformar. Possui boa resistência química, à umidade e ao
calor. Apresenta uma baixa densidade, boa dureza superficial e estabilidade
dimensional. Têm boa resistência à flexão, podendo ser utilizado em produtos como
rótulas.
Poliestireno: É um plástico claro, sem odor e sem sabor, sendo relativamente
frágil se não for modificado, tem brilho elevado. Para além do PS transparente
(cristalino), existem outros dois tipos importantes, tais como o PS do tipo resistente ao
impacto e do tipo expansível. O homopolímero caracteriza-se pela sua rigidez,
claridade cintilante e facilidade de processamento, mas tem tendência para ser frágil. De
um modo geral os PS’s têm boa estabilidade dimensional, baixa retração na moldagem,
sendo fáceis de processar a um baixo custo. No entanto, têm baixa resistência às
condições atmosféricas e são atacados quimicamente por óleos e solventes orgânicos.
Têm boas propriedades de isolamento elétrico e propriedades mecânicas adequadas
dentro dos limites de temperatura aplicáveis.
Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno(ABS):Os materiais do tipo ABS são
conhecidos pelas suas propriedades de engenharia, tais como a boa resistência mecânica
e ao impacto, combinadas com a facilidade de processamento. É um dos plásticos mais
caros. A vasta gama de características importantes em engenharia exibida pelo ABS
deve-se às propriedades com que cada um contribui. O acrilonitrilo contribui com a
resistência química e ao calor e a tenacidade; o butadieno melhora a resistência ao
impacto e a retenção das propriedades a baixa temperatura; e o estireno contribui com o
brilho superficial, rigidez e facilidade de processamento. A resistência ao impacto do
ABS aumenta à medida que aumenta o teor em borracha (butadieno), mas as
propriedades, tais como a resistência à tração e a temperatura de deflexão diminuem.
Poliamidas ou nylons: Possuem uma boa capacidade para suportar cargas a
temperaturas elevadas, boa tenacidade, baixo coeficiente de atrito e boa resistência
química. A flexibilidade das cadeias principais de carbono origina elevada flexibilidade
molecular, que é responsável pela baixa viscosidade do fundido e pela facilidade de
processamento. Esta flexibilidade contribui ainda para a elevada lubrificação, baixo
atrito e boa resistência à abrasão. No entanto, absorvem água, o que causa variações
dimensionais com o aumento do teor em umidade. São muitas vezes reforçados com
fibra de vidro ( exemplo: tipo 6,6 – reforço mineral + 30% de fibra de vidro)
Acetais: São termoplásticos mais resistentes (resistência à tração de 69 MPa) e
mais tenazes. Têm uma excelente resistência à fadiga e estabilidade dimensional. Outras
das características importantes são o baixo coeficiente de atrito, baixa absorção de água,
a facilidade de processamento, a boa resistência aos solventes e ao calor até cerca de
90ºC, sem carga aplicada.
Policarbonato: Apresentam uma elevada resistência mecânica, tenacidade, são
resistentes a uma grande variedade de produtos químicos e estabilidade dimensional,
que permite que sejam utilizados em componentes de engenharia de elevada precisão,
em que se exigem tolerâncias apertadas. Têm uma elevada energia de impacto, a
resistência à tração é elevada (cerca de 60 MPa). Boas propriedades de isolamento
elétrico e transparência. Boa resistência à fluência
Polissulfonas: São termoplásticos estruturais com elevado desempenho,
transparentes, podem ser metalizados, são tenazes e resistentes mecanicamente. Podemser utilizados durante tempos longos a temperaturas entre os 150 e os 175ºC, sem perda
de propriedades.Têm uma resistência à tração elevada (entre os termoplásticos) de 70
MPa e uma tendência relativamente baixa para fluir. Resistem à hidrólise em meios
aquosos ácidos e básicos.Liberdade de concepção proporcionada pelo processo de
injeção.
Poliésteres termoplásticos:
PET - Possui alta transparência, excelentes propriedades mecânicas e químicas.
Muito utilizado em filmes para embalagem de alimentos, já que não provoca alteração
ou contaminação do produto, tem baixa permeabilidade a gases, preservando o sabor e o
aroma, e em fibras para vestuário, carpetes e “tecido” para pneus. Desde 1977 que o
PET é utilizado como resina base.
PBT - Substitui alguns plásticos termoendurecíveis e os metais, em algumas
aplicações. Aplicações em automóveis incluem grandes componentes da carroçaria,
tampas e rotores da ignição, tampas da bobinas de ignição, bobinas, controladores da
injeção do combustível, aros e engrenagens dos velocímetros.
Resinas à base de óxido de fenileno: As resinas de PPO (óxido de
polifenileno) são conhecidas pela designação comercial de resinas Noryl. São
geralmente reforçadas com fibra de vidro (20 a 30%) Excelentes propriedades
mecânicas no intervalo de temperaturas de –40 a 150ºC, excelente estabilidade
dimensional com baixa fluência, elevado módulo de elasticidade, baixa absorção de
água, boas propriedades dielétricas, excelentes propriedades de impacto e excelente
resistência a meios aquosos.
Fenólicos: Têm um baixo custo e boas propriedades de isolamento elétrico e
térmico, bem como boas propriedades mecânicas. São facilmente moldados, mas as
suas cores são normalmente limitadas (normalmente são pretos ou castanhos). Os
componentes moldados são feitos combinando a resina com vários materiais de
enchimento que, por vezes, correspondem até 50 a 80% do peso total dos componentes
moldados. Os materiais de enchimento reduzem a retração durante a moldagem,
diminuem o custo e aumentam a resistência mecânica. Também podem ser utilizados
para melhorar as propriedades de isolamento térmico e elétrico.
Resinas epoxídica: Têm uma pequena retração durante a cura, têm boa adesão
a outros materiais, boa resistência química e ao meio ambiente, boas propriedades
mecânicas e boas propriedades de isolamento elétrico.
Poliésteres insaturados: São materiais com baixa viscosidade, susceptíveis de
serem misturados com grandes quantidades de materiais de enchimento e de reforço.
Por exemplo, podem ser reforçados com fibra de vidro. Os poliésteres reforçados com
fibra de vidro, depois de curados, têm resistências mecânicas excelentes, boa resistência
ao impacto e boa resistência química
9. Quais as etapas de preparação usualmente presentes no processamento de
polímeros?
1. Polímero sólido (preparado: grãos, flocos ou pó)0;
2. Aquecido
3. Plastificado
4. Pressurizado
5. Forma (matriz – seção transversal)
10. Faça uma comparação entre os processos de extrusão tubular e plano.
Plano:
1. Produtividade elevada
2. Ótimo controle operacional
3. Fácil manutenção mecânica
4. Variação de esp. de 10%
Tubular:
1. Espaço físico reduzido (exige somente altura)
2. Melhor distrib. de esp.
3. Filme sem cortes e dobras
4. Variação de esp. de 5% 5. Balanceamento de resistência em 2 direções
11. Cite as vantagens e desvantagens da moldagem por injeção.
Vantagens da moldagem por injeção
1 – peças de elevada qualidade
2 – custos baixos
3 – bom acabamento
4 – automatização do processo
5 – formas complicadas
Desvantagens da moldagem por injeção
1 – elevado custo do equipamento
2 – processo de controle bastante rigoroso
12. Cite os principais componentes de um molde de injeção.
● Bucha de injeção: É a primeira região por onde a massa fundida do
polímero é forçada a passar após deixar o cilindro da injetora. A bucha deve seguir uma
forma cônica com conicidade variando de 2 - 6 graus. O conduto deve ser bem polido e
o mais curto possível. No final da bucha deve haver um poço frio com diâmetro e
profundidade iguais ao maior diâmetro do conduto.
● Canal de alimentação: Une o canal de alimentação à entrada da
cavidade. Deverá ser o mais curto possível. As superfícies devem ser polidas, a forma
de sua seção transversal deve ser adequada e sua disposição geométrica racional.
o Poço Frio: Prolongamento do canal de alimentação e tem por
finalidade receber o primeiro material que se resfriou na frente de
fluxo.
● Canal de distribuição quente: O material nos canais de alimentação é
mantido plastificado, ou seja, preparado para o próximo ciclo de injeção. As peças são
extraídas sem os canais de alimentação. Como vantagens desse sistema tem-se: ciclos
mais rápidos, eliminação de operação de acabamento na remoção do ponto de injeção
e redução de refugos.
● Entrada ou Ponto de injeção: A entrada de injeção controla a
velocidade com que o material fundido entra na cavidade e, também, o seu
empacotamento. Estas duas características influenciarão na performance e na aparência
da peça injetada. Peças grandes que necessitam de vários pontos de entrada, estes
devem estar próximos o bastante para evitarem perda de pressão. Os pontos de entrada,
devem ser localizados, de preferência, de paredes grossas para finas, devem estar
localizados de tal forma a minimizar linhas de emenda.
● Saída de gases: São canais rasos que se estendem da cavidade ao
exterior do molde, do qual saídas ineficientes resultam em: mal preenchimento da peça,
linhas de emendas fracas, contração irregular do moldado e queima da superfície da
peça.
● Sistema de resfriamento: Constituído por canais no interior do molde
para circulação de água. Assim, a diferença de temperatura do líquido entre a entrada no
molde e a saída deve ser a menor possível. Com isso, a grande diferença de temperatura
no molde (provoca diferentes taxas de resfriamento) causam: peças com contração,
brilho, qualidade das linhas de solda, diferentes em cada ponto.
● Sistema de extração: Devem atuar na face inferior da moldagem (não
vista) para evitar marcas nas faces expostas. Assim, a extração pode ser feita por: Pinos,
Placas, Ar comprimido, Núcleo Rotativo e Ventosas.
13. Cite os principais defeitos em peças injetadas e suas causas.
● Estrias marrons: é causada devido a degradação do polímero, podendo
ser de coloração marrom, amarelada o ate preta.
● Pontos pretos: algumas causas são a formação de um filme de material
degradado recobrindo o parafuso ou o canhão que se desprende de cada ciclo, e a
presença de finos no material, principalmente em reciclados.
● Delaminação: causada pela presença de contaminantes, seja de outro
polímero, ou até mesmo de aditivos, sendo incompatíveis com o polímero.
● Rechupes e vazios: depressões originadas na superfície da peça injetada
ou bolhas internas, do qual seria uns vazios presentes internamente. Normalmente, são
só visíveis em peças transparentes, decorrentes da contração do polímero.
● Linhas de solda: recombinação de duas ou mais frentes de fluxos do
material, que se separam numa região anterior por onde o polímero estava escoando.
● Rebarbas: suas causas principais são a temperatura do polímero alta, a
pressão de recalque elevada velocidade de injeção muito alta.
● Esguichamento: as causas principais dos defeitos são:
o Velocidade de injeção muito alta;
o Ponto de injeção restrito;
o Ponto de injeção localizado em uma região espessa;
o Temperatura do material baixa.
● Estrias prateadas: ocorrem devido ao aprisionamento de gases abaixo
de uma fina camada superficial da peça injetada.
14. Quais as etapas na moldagem por sopro?
● Plastificação do material;
● Obtenção de pré-forma;
● Fechamento do molde sobre a pré-forma;
● Sopro para expansão;
● Resfriamento;
● Extração.
15. O que é parison?
Parison é um processo de sopro de polímeros, no qual consiste nas seguintes
afirmações:
A máquina sopradora recebe as pré-formas injetadas, as posiciona em pinos
sobre um trilho móvel e as aquece por meio da radiação até temperaturas decerca de
100 graus, ou seja, apenas para amolecer. Depois de aquecidas, as pré-formas são
posicionadas entre as placas do molde, e assim, fechadas. Assim, as pré-formas são
esticadas longitudinalmente por uma haste, do qual pode ser chamado de estiramento
axial. Entretanto, a partir deste processo, inicia-se o sopro (estiramento radial), que
começa de cima para baixo, obtendo uma pressão interna que força a pré-forma nas
paredes do molde determinando uma forma final do Pet. Depois disso, são abertas as
moldeiras, retirando o produto final pronto.
16. Cite as variantes do processo de moldagem por sopro (união de
processos)
● Extrusão contínua com molde ascendente
● Extrusão contínua com molde deslizante
● Extrusão contínua com árvore rotativa (vertical)
● Extrusão contínua com árvore rotativa (horizontal)
17. O que é termoformagem?
São processos pelos quais são obtidas peças moldadas a partir de chapas planas
previamente produzidas por meio de um processo de extrusão, ou algum outro processo
do qual se encaixam no processo a ser obtido. Estas chapas são temporariamente
amolecidas por ação de calor para que o material obtenha uma característica de fácil
manuseio e expansão, e, logo após forçadas a envolver a superfície de um molde com a
forma da peça requerida.
18. Quais as etapas da termofomagem?
As etapas do processo de termoformagem consiste em:
1. Uma chapa de plástico é amolecida por aquecimento do qual pode ser
por meio de aquecimento convectivo, condutivo ou por radiação;
2. A chapa amolecida é colocada sobre uma cavidade do molde côncava;
3. O sistema de vácuo, estiramento, injeção de CO2, entre outros succiona a
folha para a cavidade do molde;
4. O plástico endurece em contacto com a superfície fria do molde.
19. Cite os diferentes tipos de conformação de chapa na termoformagem.
Tipos de conformação de chapas:
● Por recobrimento;
● Por vácuo;
● Por pressão positiva;
● Por sopro livre;
● Estiramento + recobrimento com bolha formada com ar comprimido;
● Estiramento + recobrimento com bolha formada por vácuo;
● Estiramento + vácuo;
● Estiramento + recobrimento + vácuo;
● Métodos auxiliares por plugue.
20. Por que o processamento de alguns produtos poliméricos é somente
possível pela rota da rotomoldagem?
Por que a rotomoldagem permite a produção de peças simples ou de alto nível
de complexidade. Elas são herméticas e ocas, podendo ser pequenas, do tamanho de
uma moeda, ou gigantescas, como tanques com mais de 25.000 litros de capacidade. Ou
seja, por que em alguns casos o material rotomoldado precisa ter uma característica oca.
Assim, os moldes utilizados neste processo são mais baratos quando comparados ao
processo de injeção, sopro e vácuo.
21. Qual a principal vantagem da co-injeção?
É um processo sequencial no qual dois materiais podem ser inseridos num
mesmo molde da pele e do interior são injetados sequencialmente num molde através de
bicos especiais. Quando o primeiro material é injetado, dá origem a uma pele contínua e
o fundido remanescente forma o núcleo da peça. O 2º material injetado procura o centro
quente, e na sua maioria fundido, da peça onde está colocado o 1º material, que oferece
uma menor resistência. Para terminar pode injetar-se outra vez o material da pele.
Portanto, muitos dizem que a co-injeção seria um processo tipo sanduiche, pois podem
ser injetados dois materiais.
22. Quais as vantagens da moldagem por transferência?
Vantagens:
● Em relação à moldagem por compressão, a moldagem por transferência
tem a vantagem de não se formarem rebarbas durante a moldagem, por isto as peças
necessitam de menos operações de acabamento;
● Podem produzir-se muitas peças ao mesmo tempo, usando um sistema
adequado de transferência. É especialmente útil para fazer peças pequenas com formas
complicadas, que seriam difíceis de produzir por moldagem por compressão;
● Podem ser utilizados insertos de metal ou cerâmico, na cavidade, antes
da injeção.
23. Descreva o processamento de polímeros conhecido por RIM.
O RIM é quando dois reagentes líquidos, extremamente reativos, são
misturados e imediatamente injetados numa cavidade do molde, onde ocorrem as
reações que levam à solidificação. Este processo foi desenvolvido com o poliuretano de
forma a produzir peças com características grandes para automóveis. Entretanto, os
polímeros epóxis e ureia-formaldeído são também aplicados a este processo.
24. Como a estereolitografia é também conhecida?
Conhecida como impressão em 3D, do qual permite criar questão de horas,
objetos 3D sólidos feitos em plástico a partir de desenhos feitos no CAD. A
estereolitografia fornece uma maneira mais fácil e rápida de transformar desenho de
CAD em objetos reais.
25. Quais as principais técnicas de caracterização dos polímeros?
Caracterização por analises térmicas:
● Cromatografia de Permeação em Geral – GPC;
● Análise Dinamomecânica Térmica – DMA;
● Análise Termogravimétrica – TGA;
● Calorimetria Diferencial de Varredura – DSC;
Caracterização por ensaio de tração:
● Difração de Raios-X;
● Ressonância Magnética Nuclear.