Processos Industriais em polímeros - Aula - EQ.pdf

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
IMA - ESCOLA DE QUÍMICA
EQW-112: INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS QUÍMICOS E
BIOQUÍMICOS
PROCESSOS INDUSTRIAIS EM
polímeros
Renato Melo, Químico Industrial, M.Sc.
E-mail: renatomelo81@gmail.com

CIÊNCIA DOS MATERIAIS
Metálicos
Cerâmicos
Poliméricos
Materiais metálicos: normalmente compostos por ligas metálicas. Ótimos
condutores de calor e eletricidade. Aplicações estruturais;
Materiais cerâmicos: contém elementos metálicos e não-metálicos (ex:
Al2O3 , MgO). Fracos condutores de calor e eletricidade, porém mais
resistentes a altas temperaturas que os metais e os polímeros.
PROCESSOS INDUSTRIAIS eM polímeros – EQW112

POLÍMEROS
•
Do grego poli (muitas) + meros (partes);
•
Repetição de unidades de um mesmo composto químico (mero);
•
Polimerização: processo em que várias unidades de repetição
(monômeros) reagem para a geração de uma cadeia polimérica.

Tecnologia de Polímeros

Artefatos Poliméricos
Vantagens Desvantagens
Facilidade de fabricação e manutenção
de equipamentos
Baixa resistência
Economia em peso Instabilidade dimensional
Resistência à corrosão Termicamente instáveis
Isolamento elétrico e térmico Sujeitos à deterioração/degradação
Transparência Odores (monômeros/degradação)
Amortecimento / maleabilidade Dificuldade de reparação

Aditivos
Aditivos que modificam as propriedades mecânicas:
ü
Cargas
ü
Plastificantes
ü
Modificadores de impacto
ü
Agentes de reticulação
Retardantes de chama e supressores de fumaça;
Aditivos que modificam as propriedades elétricas;
Aditivos de procesamento:
ü
Lubrificantes
ü
Auxiliares de Processamento

Aditivos de proteção:
ü
Antioxidantes
ü
Estabilizantes contra radiação
Modificadores de propriedades de superfície:
ü
Compatibilizantes
ü
Promotores de adesão
ü
Agentes antiestáticos
Modificadores de propriedades óticas:
ü
Corantes e pigmentos
ü
Promotores de brilho
Agentes de expansão
Aditivos

Cargas
Materiais sólidos, insolúveis, que são adicionados aos polímeros durante o
processamento em quantidades suficientes para diminuir o custo final ou
aumentar de forma controlada alguma de suas propriedades físicas
Tipos de Cargas
Cargas de Enchimento Apenas reduzem o custo do produto, ex:
carbonatos (CaCO3), argilas, talco, etc.
Cargas de Reforço Alteram as propriedades mecânicas do produto,
ex: fibras de vidro, fibras vegetais, fibras
poliméricas, etc.
Cargas Funcionais Alteram propriedades específicas do produto,
como condutividade elétrica ou térmica, ex: fibra
de carbono, fibras metálicas

Moldagem por Extrusão

Extrusão = “ex” + “trudere” (Latim)
“ex” – movimento para fora
“trudere” - empurrar
Extrusão = movimento de empurrar para fora
Em termos técnicos, para polímeros no estado fundido, extrusão é o processo
no qual o polímero é, geralmente, plastificado, homogeneizado, pressurizado e
bombeado, com auxílio de barril aquecido e rosca com movimento rotacional,
em direção a uma matriz que poderá dar ou não a forma do produto final.

Aplicações da Extrusão
Formulação
ü
Aditivação de polímeros e granulação (“pelletização”);
ü
Preparação de misturas, compósitos e nanocompósitos;
ü
Modificação de polímeros: funcionalização, degradação controlada,
reticulação, copolimerização, ramificação, etc.
Conformação de Polímeros
ü
Fabricação de placas, perfis, tubos, filmes planos, filmes tubulares,
espumas, etc.

Extrusão: vantagens e desvantagens
Processo contínuo
Peças com geometria pouco
complexa e seção uniforme
constante
Elevado volume de produção
Valor de processo reduzido
Vários tipos de matérias-primas
Capacidade de mistura

Componentes de uma Extrusora
Funil
Motor
Barril
Rosca Matriz

Componentes de uma Extrusora

Aplicações do Processo de Extrusão
Fabricação de produtos com perfil definido
ü
Tubos
ü
Laminas
ü
Filmes
Revestimento de fios metálicos (Nylon, PVC, PE, PP);
Formação de camadas sobrepostas para obtenção de laminados;
Produção de filmes planos ou inflados;
Preparação de pré-formas para moldagem por sopro, etc. (PET)

Moldagem por extrusão - SOPRO

Princípio da Técnica
Moldagem por Extrusão-Sopro
1) Extrusora plastifica o polímero e o conforma, em uma matriz anelar,
na forma de um tubo de plástico amolecido, chamado de parison;
2) Molde com cavidade fecha-se sobre o parison; ar comprimido é
injetado para dentro do parison por uma de suas extremidades e este
é expandido (inflado) contra as paredes do molde;
3) O molde solidifica o polímero no formato do molde;
4) O artefato é extraído do molde.

Extrusora de Parison

Curso técnico de polímeros – Aula 3
Extrusora de Parison

Moldagem por Injeção
Princípio da técnica: O material termoplástico granulado é forçado a altas
temperaturas, acima de sua fusão, e pressões para que o polímero fundido
possa fluir pelos canais do molde, preencher a cavidade do molde e assumir a
forma desejada do moldado.
Esta técnica é empregada quando a quantidade de peças termoplásticas a
serem produzidas é de grande quantidade e é necessária uma boa exatidão
dimensional

Peças podem ser produzidas com altas taxas
de produtividade
Competição acirrada oferece baixa margem
de lucro
Produção de peças de grandes volumes Os moldes são muito caros
Custo de mão-de-obra é relativamente baixo A qualidade das peças é difícil de ser
determinada
imediatamente
O processo é altamente susceptível à
automação
Peças requerem pouco ou nenhum
acabamento
Falta de conhecimento dos fundamentos do
processo
causa problemas
As peças podem ser moldadas com insertos
metálicos

Unidade de Injeção
Molde
Unidade de Acionamento
do Molde
Máquina Injetora

Unidade de Injeção
•
Barril, cilindro ou canhão com funil e mantas
de aquecimento;
•
Rosca recíproca posicionada no interior do
barril;
•
Motor elétrico para girar a rosca;
•
Sistema hidráulico que comanda o avanço e
recuo do barril;
•
Sistema hidráulico que comanda o avanço e
recuo da rosca.
Função  dosagem, plastificação e injeção do polímero.
Máquina Injetora

Molde
•
Placa fixa e placa móvel;
•
Molde com cavidade(s);
•
Pinos guias;
•
Pinos extratores;
•
Canais de refrigeração.
Função  conformar e resfriar o polímero.
Máquina Injetora

Máquina Injetora
Unidade de Acionamento do Molde
•
Sistema hidráulico para movimentação da
placa móvel que contém o molde;
•
Sistema hidráulico para movimentação dos
pinos extratores;
Função  extrair a peça moldada.

Moldagem por INJEÇão - SOPRO

Moldagem por Injeção-Sopro
Princípio da Técnica
1) Produção de uma peça moldada por
injeção (pré-forma);
2) Fechamento do molde sobre a peça oca;
3) Introdução de ar comprimido sobre a peça
oca até a forma final;
4) Resfriamento e extração da peça soprada.

1) PET é injetado a 280 ºC com temperatura
de molde de 5 ºC para produzir um
material amorfo e transparente;
2) Pré-forma de PET injetada é aquecida as
90 ºC (Tg = 70 ºC e Tc = 170ºC)
3) Pré-forma aquecida é transferida para um
molde frio (5ºC) e soprada com
consequente estiramento biaxial..
Produção de frascos e garrafas PET

Injeção-Sopro Extrusão-Sopro
Vantagens
• Moldados sem rebarba;
• Bom controle de
espessura do gargalo e da
parede;
• Mais fácil de produzir
objetos não-simétricos;
• Não há necessidade de
acabamento.
• Deformação lenta;
• Altas velocidades de
produção;
• Maior versatilidade com
respeito à produção.
Desvantagens
• Processo lento;
• Mais restrito no que
concerne à escolha dos
moldados;
• São necessários dois
moldes para cada objeto.
• Mais difícil de controlar a
espessura da parede;
• Necessária a operação de
corte.

Rotomoldagem
Processos industriais que transformam uma resina termoplástica (ex.:
polietileno) em uma peça plástica, pronta para utilização. Produtos
rotomoldados estão cada vez mais presentes em nossa vida:
•
caixas d água e de ferramentas,
•
brinquedos,
•
baús para motos,
•
tanques químicos e de combustíveis,
•
caçambas e lixeiras para saneamento,
•
vasos para jardinagem,
•
peças técnicas para industria agrícola e automobilística, etc.

Rotomoldagem

Rotomoldagem
A vasta aplicação se tornou possível porque o processo de rotomoldagem
apresenta diversas vantagens:
•
Capacidade de produzir grandes peças;
•
Ótimo acabamento;
•
Produtos com grande resistência a impactos e intempéries;
•
Produtos totalmente recicláveis.

Rotomoldagem
A máquina de rotomoldagem

Rotomoldagem
Processo

Termoformagem
Processo que se utiliza de calor e pressão para a moldagem de
produtos em sua forma final a partir de filmes, chapas ou placas.
ü
Filmes, chapas ou placas são produzidos por extrusão a partir de
polímeros termo plásticos;
ü
A pressão utilizada para a moldagem pode ser mecânica, a vácuo ou
por ar comprimido;
ü
Peças com grandes áreas superficiais podem ser produzidas de forma
econômica.

Termoformagem

Termoformagem
ü
Embalagens: copos descartáveis, caixa de ovos, bandejas para
carnes e frios, etc.;
ü
Acessórios para veículos (painéis, tanques de gasolina, etc.);
ü
Eletrodomésticos: caixa interna de geladeira;
ü
Produtos para construção civil (armários de banheiro, luminárias,
etc.)

Termoformagem
ü
A termoformagem consiste em aquecer uma folha de termoplástico acima de
Tg (para os polímeros amorfos) ou perto da fusão (para os polímeros semi-
cristalinos), forçando-a depois de encontro às paredes de um molde. Em
contacto com o molde arrefecido pela circulação de um fluído (geralmente a
água), o material arrefece ficando com a forma que o molde lhe deu.
Finalmente, o molde abre e procede-se à extração da peça.

Moldagem por Compressão
•
Um dos processos mais antigos de moldagem;
•
Aplicáveis a polímeros termorrígidos e termoplásticos;
•
Similar à técnica de forjamento (aplicado aos metálicos);
•
Geralmente realizado à quente;
•
A resina termo-endurecível, pré-aquecida, é introduzida num molde
contendo uma ou mais cavidades.

Moldagem por Compressão

Moldagem por Imersão
ü
Permite a obtenção de peças ocas por imersão do molde em solução
viscosa, seguida de remoção do solvente, ou em emulsão do polímero
seguida de coagulação;
ü
Espessura do artefato é determinada pelo nº de vezes que o procedimento
é repetido.

Moldagem por Imersão

Calandragem
ü
Composição moldável passa entre rolos superpostos, sucessivos,
interligados na forma de “L”, “T” ou “Z”;
ü
Permite a obtenção de lâminas e lençóis plásticos, cuja espessura deve ser
regular;
ü
Empregada na produção em larga escala de materiais termoplásticos.

Calandragem

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