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Resistência dos Materiais IIResistência dos Materiais II

Processamento termo-mecânico Processamento termo-mecânico de plásticosde plásticos

Aspecto da reciclagem de Aspecto da reciclagem de plásticosplásticos

04/12/23 11:36

Processamento termomecânico de plásticos

Petróleo:

formado por muitos compostos que possuem temperaturas de ebulição diferentes, sendo assim possível separá-los através de um processo conhecido como destilação ou craqueamento.

Matéria-prima dos plásticos

PETRÓLEO=

Fração Nafta resultante do craqueamento do

petróleo

Indústrias Petroquímicas

Processamento químico

Ex: etileno

O processamento de termoplásticos, normalmente passa por etapas que envolvem:

o aquecimento do material;

seguido de conformação mecânica.

Vários métodos são usados na produção de peças plásticas como:

extrusão;

moldagem por injeção;

moldagem por sopro;

Calandragem;

rotomoldagem, entre outros.

MÉTODOS

Reologia

O termo reologia foi inventado por Bingham para definir o “estudo do escoamento ou deformação da matéria”.

O conhecimento de reologia é essencial nos dias de hoje nos mais variados campos envolvendo profissionais atuantes em indústrias de tintas, detergentes, óleos, plásticos, etc,

REOLOGIAPredizer a força necessária para causar uma dada deformação ou escoamento em um corpo.

Objetivo

Comportamento Reológico de Polímeros

A reologia tem uma fundamental importância na área de polímeros, pois está intimamente ligada a propriedades de escoamento dos polímeros em processos termomecânicos de transformação por:

Injeção;

Extrusão;

Compressão;

Sopro, etc.

Comportamento Reológico de Polímeros

A reologia na área de polímeros nos permite:

1. Entender o comportamento geral, e dar explicações fenomenológicas durante o escoamento do material;

2. Obter informações sobre fatores que influenciam o processamento de polímeros (temperatura, pressão, etc);

3. Prever propriedades através de cálculos práticos;

4. Entender e corrigir erros de processamento;

5. Selecionar melhor o polímero ou composto para uma dada aplicação.

6. Obter a relação quantitativa entre o produto final e a energia consumida

Uma extrusora consiste essencialmente de um cilindro em cujo interior gira um parafuso (rosca sem-fim), que promove o transporte do material plástico.

Moldagem por Extrusão

A matéria-prima amolecida (por aquecimento) é expulsa através de uma matriz instalada na extrusora, produzindo um produto que conserva a sua forma ao longo de sua extensão.

O aquecimento é promovido ao longo do cilindro e no cabeçote, geralmente por resistências elétricas, vapor ou óleo.

O material assim amolecido e conformado é submetido a um resfriamento.

Desta forma, o processo de extrusão pode ser utilizado para obtenção:

• produtos flexíveis, como embalagens, sacolas, bobinas também conhecidas como filme.

• produtos rígidos ou semi-rígidos, perfis, mangueiras, chapas, tubos de PVC ou PE, etc

A moldagem por injeção consiste essencialmente nas seguintes etapas:

Amolecimento do material em um

cilindro aquecido

Injeção em alta pressão para o interior de um

molde frio

Endurecimento, tomando a sua forma

Expulsão do material do molde por meio de:

pinos ejetores, ar comprimido, prato de arranque, etc.

Moldagem por Injeção

Ciclo simplificado da moldagem por injeção:

1 - Dosagem do material plástico granulado no cilindro de injeção.

2 - Fusão do material até a consistência de injeção.

3 - Injeção do material plástico fundido no molde fechado.

4 - Resfriamento do material plástico até a solidificação.

5 - Extração do produto com o molde aberto.

• Utilização de máquinas injetoras de qualidade

• Uso de moldes bem projetados e bem acabados.

• Controle da uniformidade e constância da temperatura e da pressão de injeção (evitando contrações, bolhas, rechupes).

• Enchimento rápido e racional das cavidades do molde.

• Resfriamento cuidadoso da massa plástica das cavidades do molde, afim de evitar-se produtos distorcidos ou com tensões internas.

A qualidade dos produtos de injeção dependerá:

Tipos de prensa de injeção:

Algumas injetoras de pistão são equipadas com um dispositivo de dosagem que permite fornecer ao cilindro a quantidade exata de material para encher o molde.

O cilindro injetor pode ser:

de pistão;

ou de rosca.

Algumas máquinas podem possuir um cilindro de pré-aquecimento, que proporciona maior rapidez de injeção.

Principais componentes das máquinas injetoras são:

• A unidade injetora que compreende: o dispositivo de alimentação e dosagem, plastificação e injeção.

• A unidade de fechamento incumbida de abrir e fechar o molde.

• O cilindro de injeção deverá apresentar zonas de aquecimento cuidadosamente termorreguladas.

• O torpedo dos cilindros injetores de pistão serve para homogeneizar a massa fundida.

Molde de injeção

Um bom desenho do molde é um pré-requisito para a produção de artigos moldados de boa qualidade.

Máquina injetora de qualidade + molde mal projetado

produto de má qualidade

Variáveis que influenciam o desempenho do molde:

• Número de cavidades do molde;

• Ciclo de moldagem;

• Força de fechamento do molde;

• Abertura do molde;

• Alimentação;

• Resfriamento;

• Aquecimento do material;

• Contração do plástico. Peças produzidas

por injeção

Peças produzidas por injeção

Máquina injetora

Moldagem por Sopro

• A matéria-prima amolecida pelo calor é expulsa através de uma matriz e ou fieira, formando uma mangueira (oca);

• O molde fecha-se sobre esta mangueira, e é introduzido uma agulha por onde o ar é soprado;

• O ar comprimido força o material a ocupar as paredes do molde, sendo moldada então a peça, e após resfriamento extraída.

Moldagem por Sopro

• moldagem por sopro via injeção (e injeção com estiramento);

• moldagem por sopro via extrusão.

1. Produção de uma peça injetada via moldagem por injeção.

2. Fechamento do molde sobre a peça oca.

3. Introdução de ar comprimido para expandir a peça oca até a forma final.

4. Resfriamento e extração da peça soprada.

Via injeção - etapas

A moldagem por sopro pode ser realizada de 2 formas:

Moldagem por Sopro

A moldagem por sopro pode ser realizada de 2 formas:

• moldagem por sopro via injeção (e injeção com estiramento);

• moldagem por sopro via extrusão.

Este processo é muito utilizado para produção de frascos e garrafas, usados em refrigerantes, água mineral, etc.

Possui alto índice de transparência e bom desempenho no envase de gaseificados.

Moldagem por Sopro

• Pré-forma desce;

• Molde fecha;

• Sopra-se ar por baixo;

• Resfria-se a peça em contato com a parede fria do molde;

• Abre-se o molde.

Via extrusão - etapas

Moldagem por Sopro

A diferença entre os processos de moldagem por sopro: via injeção para o via extrusão está relacionada com a maneira de se produzir a pré-forma (parison).

Processo Vantagens Desvantagens

Moldagem por sopro via injeção

Moldados sem rebarba. Bom controle de espessura do gargalo e da parede. Mais fácil de produzir objetos não-simétricos. Não há necessidade de acabamento.

Processo lento. Mais restrito em relação à escolha dos moldados. São necessários dois moldes para cada objeto.

Moldagem por sopro via extrusão

Deforma lentamente. Altas velocidades de produção. Maior versatilidade com respeito à produção.

Moldados com Rebarba Mais difícil de controlar a espessura da parede. Necessária a operação de corte.

Moldagem por Sopro

Variáveis de influência no processo de injeção

1. Temperatura da massa: deve ser mantida num mínimo para reduzir o tempo de resfriamento.

Cuidados:

• Temperatura muito reduzida evitará a plastificação completa e dará margem ao aparecimento de tensões residuais no material, assim como defeitos superficiais.

• Temperatura muito elevada aumenta o tempo de ciclo e pode dar lugar ao afinamento do pré-moldado.

Moldagem por Sopro

Variáveis de influência no processo de injeção

2. Temperatura do molde: deve ser baixa, devido à importância de esfriar rapidamente o molde.

3. Velocidade de fechamento do molde: uma velocidade demasiadamente elevada pode causar perdas do conteúdo do molde, normalmente usa-se sistemas de retardamento de fecho do molde.

4. Pressão de ar: Para um bom trabalho de moldagem, necessita-se, na prática, de pressões de 5 a 7 Kg/cm2.

Rotomoldagem

Neste processo a matéria-prima fluída e sob rotação modela os produtos.

Este processo é muito utilizado nas resinas elastoméricas (emborrachado) para produzir:

• cabeças de bonecas;

• peças ocas;

• câmaras de bola;

• grandes containeres;

• peças rígidas de alta complexidade na extração do molde.

Rotomoldagem

Fundição

É um processo para baixa produção, quase sempre utilizado para produção de protótipos.

Fundição

Na fundição podem ser utilizadas tanto resinas termoplásticas como termorrígidas não é empregado aquecimento ou pressão.

Consiste em despejar a resina líquida adicionada a outras substâncias enrijecedoras dentro de um molde.

Este método é usado para a produção:

de brindes;

Pequenos adornos, etc

Fundição

É um processo para baixa produção, quase sempre utilizado para produção de protótipos.

Na fundição podem ser utilizadas tanto resinas termoplásticas como termorrígidas não é empregado aquecimento ou pressão.

Consiste em despejar a resina líquida adicionada a outras substâncias enrijecedoras dentro de um molde.

Este método é usado para a produção:

de brindes;

Pequenos adornos, etc

Encapsulamento

Termoformagem

Moldagem de produtos a partir do aquecimento de uma chapa de resina termoplástica, que é introduzida no molde fixado em uma prensa, a qual acionada molda o produto.

Este processo é utilizado na maioria dos produtos de vasilhames descartáveis, como copos, pratos, etc...

Termoformagem

Moldagem por compressão

Types of compression molding, a process similar to forging:

(a) positive,

(b) semipositive, and

(c) flash. The flash in part (c) has to be trimmed off.

Termoformagem

Moldagem por transferência

Calandragem

Processo onde são agregados outros materiais não plásticos como tecidos, metais, isolantes, etc para produção de:

• toalhas de mesa;

• mancais;

• embalagens de várias camadas com papel, metal e outros.

Schematic illustration of calendering. Sheets produced by this process are subsequently used in thermoforming.

Calandragem

Materiais reforçados para serem posteriormente termoformados, dando origem a peças de grande resistência.

Reinforced-plastic components for a Honda motorcycle. The parts shown are front and rear forks, a rear swingarm, a wheel, and brake disks.

Concepção de peças de plásticos

Para que essa substituição seja bem sucedida é necessário que a concepção dos produtos se faça com critério e experiência.

Há múltiplos aspectos envolvidos, que não podem, via de regra, ser satisfatoriamente equacionados e resolvidos por uma única pessoa.

Peças de Plástico

Substituição de materiais tradicionais como: metais, cerâmicas e madeiras.

Existem 3 elementos fundamentais que deverão participar do processo de concepção e materialização do projeto:

1. O projetista do produto;

2. O especialista de manufatura em plásticos;

3. O especialista em materiais.

Em geral: estão vinculados a organizações diferentes

O projetista do produto

Ao projetista do produto competem as decisões que dizem respeito ao projeto do produto, englobando aspectos como forma, função e dimensões.

Ele deverá conhecer as condições de uso desse produto:

• Os esforços a que estará sujeito;

• O ambiente em que irá atuar (agentes químicos que o atacarão, o nível de exposição à radiação);

• Selecionar o material de que o mesmo será feito;

• Fornecer desenhos detalhados, adequados ao processo de moldagem escolhido.

Especialista em materiais

Ao especialista em materiais compete fornecer informações sobre o material selecionado.

Este especialista pode ainda oferecer alternativas mais vantajosas, tanto do ponto de vista do desempenho em serviço, quanto de aspectos de moldagem.

Especialista em manufatura de plásticos

Deverá ter um conhecimento amplo dos processos de moldagem e de problemas de ferramentaria.

Orientar projetista do produto sobre aspectos técnicos da moldagem como:

• Viabilizar a moldagem de formas geométricas complexas;

• Verificar os reflexos de uma concepção arrojada sobre o custo dos processos de moldagem;

• Verificar os trabalhos de ferramentaria, especialmente sobre a vida e a manutenibilidade das ferramentas.

Especialista em manufatura de plásticos

Sua participação numa etapa preliminar do processo permite substâncias reduções no custo dos moldes e do processo de moldagem.

Conciliação dos requisitos do projeto com a minimização dos custos de produção.

Orientação ao

projetista

• Acabamento superficial;

• Localização das linhas divisórias dos moldes;

• Extração das peças;

• Localização do ponto de injeção.

• Acabamento superficial;

• Localização das linhas divisórias dos moldes;

• Extração das peças;

• Localização do ponto de injeção.

Projetista

preocupado com a estética da peça

Especialista em manufatura

preocupado com a viabilidade da execução

• Dimensionamento dos canais de alimentação e de distribuição;

• As dimensões e a forma do ponto de injeção;

• A contração a ser esperada.

• Dimensionamento dos canais de alimentação e de distribuição;

• As dimensões e a forma do ponto de injeção;

• A contração a ser esperada.

Especialista em materiais

Confecção dos moldes

Os moldes, operando a quente sob condições de alta pressão, devem ser executados em material adequado.

Aços especiais e ligas de níquel-cromo

Componentes que terão contato direto com o plástico aquecido.

Aço carbonoComponentes que não serão solicitados termicamente

Alto custo de usinagem

• Formas complexas;

• Acabamento superficial elevado (polimento).

Reciclagem de plásticos

A reciclagem de produtos plásticos pode ser entendida como sendo a implementação de processos e técnicas para otimizar a utilização de energia, matéria-prima e produtos.

A reciclagem sempre deve estar amparada em:

• conceitos econômicos;• sociais;• sanitários;• de impacto ambiental adequado.

A reciclagem de materiais descartados compreende basicamente as seguintes etapas:

• Coleta e Separação

Triagem por tipos de materiais (papel, metal, plásticos, madeiras, etc.)

• Revalorização

Etapa intermediária que prepara os materiais separados para serem transformados em novos produtos.

• Transformação

Processamento dos materiais para geração de novos produtos a partir dos materiais revalorizados.

Para garantir a sustentação econômica da reciclagem, deve-se levar em consideração:

• custo da separação, coleta, transporte e armazenamento de resíduos;

• quantidade de material disponível e condições de limpeza;

• proximidade da fonte geradora ao local onde o material será reciclado;

• custo do processamento do produto;

• características e aplicações do produto resultante;

• demanda do mercado para o material reciclado.

A reciclagem é processada de três maneiras:

• Reciclagem química

• Reciclagem Mecânica;

• Reciclagem Energética.

Reciclagem Química

A reciclagem química re-processa plásticos transformando-os em produtos petroquímicos básicos:

• monômeros ou misturas de hidrocarbonetos que servem como matéria-prima, em refinarias ou centrais petroquímicas, para a obtenção de outros produtos.

Reciclagem Química

Recuperação dos componentes químicos individuais para serem reutilizados como produtos químicos ou para a produção de novos plásticos.

Existem vários processos de reciclagem química, entre eles:

Objetivo da reciclagem química

Reciclagem Química

HIDROGENAÇÃO: as cadeias são quebradas mediante o tratamento com hidrogênio e calor, gerando produtos capazes de serem processados em refinarias.

GASEIFICAÇÃO: os plásticos são aquecidos com ar ou oxigênio, gerando-se gás de síntese contendo monóxido de carbono e hidrogênio.

QUIMÓLISE: consiste na quebra parcial ou total dos plásticos em monômeros na presença de glicol/metanol e água.

PIRÓLISE: é a quebra das moléculas pela ação do calor na ausência de oxigênio. Este processo gera frações de hidrocarbonetos capazes de serem processados em refinarias.

Reciclagem Mecânica

A reciclagem mecânica consiste na conversão dos descartes plásticos pós-industriais ou pós-consumo em grânulos, que podem ser reutilizados na produção de outros produtos.

Produtos

• sacos de lixo, solados, pisos, mangueiras;• componentes de automóveis, fibras;• embalagens não-alimentícias e muitos outros.

Brasil 15% dos resíduos plásticos são reciclados mecanicamente.

Etapas básicas da reciclagem mecânica:

• Sistema de coleta dos descartes (coleta seletiva, triagem dos diferentes tipos de plásticos;

• Limpeza para retirada de sujeiras e restos de conteúdos;

• Revalorização (produção do plástico granulado).

Resíduos Plásticos

Separação Moagem Lavagem Secagem AglutinaçãoExtrusão

Granulação

ProdutofinalColeta

MateriaisContaminantes

• aspecto visual (cor, brilho, barulho);

• ensaios de chama;

• densidade;

• simbologia;

• tipo de embalagem.

Separação e Triagem por tipo de Plástico

SELEÇÃO MANUAL

SEPARAÇÃO MANUAL ASSISTIDA

SEPARAÇÃO DENSITÁRIA

• materiais termorrígidos;

• aço, alumínio, vidro, papel, tintas, vernizes, resíduo de alimentos ou sujidades;

Materiais Contaminantes:

Diminuem o valor relativo da reciclabilidade

Moagem

Etapa em que o material é moído em partes menores de modo a facilitar posteriormente o seu re-processamento.

Moinho de facas

MOINHO DE FACAS

LAVADORES E SECADORES

AGLUTINAÇÃO

EXTRUSÃO

Reciclagem Energética

• É a recuperação da energia contida nos plásticos através de processos térmicos.

• É importante distinguir a reciclagem energética da incineração.

Reciclagem Energética Incineração

Reaproveitamento dos resíduos plásticos como combustível na

geração de energia elétrica.

Não reaproveita a energia dos materiais.

• A energia contida em 1 kg de plásticos é equivalente à contida em 1 kg de óleo combustível.

• Cerca de 15% da reciclagem de plásticos na Europa Ocidental é realizada via reciclagem energética.

Usina de Saint-Queen (França)

15400 MW/ano

70000 pessoas

Reciclagem energética

O plástico e a geração de energia:

• Quebra das cadeias mediante o tratamento com hidrogênio e calor, gera produtos capazes de serem processados em refinarias.

• O calor pode ser recuperado em caldeira, utilizando o vapor para geração de energia elétrica e/ou aquecimento;

• Bons resultados da co-combustão de resíduos de plásticos com carvão, turfa e madeira.

• A reciclagem energética de plástico reduz o uso de combustíveis (economia de recursos naturais).

Simbologia ABNT

Plásticos Biodegradáveis

Pesquisados desde a década de 30

Características

Podem ser destruídos por microrganismos do próprio meio, transformando-se em gás carbônico e água.

Brasil (PHB)

Sacarose da cana de açúcar

Produção, ainda pequena, é voltada para o mercado externo de embalagens, vasos e materiais descartáveis.

Pesquisados desde a década de 30

Características

Podem ser destruídos por microrganismos do próprio meio, transformando-se em gás carbônico e água.

Brasil (PHB)

Sacarose da cana de açúcar

• Ainda não é viável do ponto de vista econômico.

• Por ser biodegradável, não consegue substituir os plásticos derivados de petróleo - mais duráveis e seguros -, em embalagens de remédios, alimentos, bebidas, etc.

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