POLÍMEROS

Principais processos de transformação dos polímeros

Processos de Transformação de Polímeros

Introdução aos plásticos:

Processos de transformação de polímeros, moldagem por compreensão e transferência, termoformagem, calandragem, extrusão, extrusão de filmes tubulares, fiação, moldagem por injeção, moldagem a sopro, confecção de moldes, processamento de elastômeros, termofixos reforçados, blendas poliméricas e compostos poliméricos.

Estes processos de transformação de polímeros, vão da matéria prima (produto final da indústria de segunda geração petroquímica) ao produto acabado (embalagens, potes, tubos, etc).

O processamento de Polímeros irá nos ensinar porque é difícil imaginar o nosso mundo moderno sem os polímeros (plásticos, borrachas, etc). Vamos aprender qual é a melhor maneira de transformar um polímero sem que o mesmo perca suas propriedades e suas características, pois atualmente o estilo de vida do homem não é mais possível sem diversos polímeros transformados ao seu redor, que vão desde artigos domésticos a artigos de precisão para a medicina.

Por exemplo:

Processos de Transformação de Polímeros

As composições moldáveis empregadas para a fabricação de artefatos de borrachas, plásticos, ou de fibras, têm como ingrediente principal um Polímero. É necessário que a composição moldável passe por um estado fluido, conseguido com ou sem aquecimento, com ou sem pressão, os ainda através da adição de um liquido (solvente), para que possa assumir a forma desejada; é preciso escolher, dentre uma serie de processamento, aquele que é o mais adequado às características que o artefato deve apresentar. Para isso, é essencial que se observe a natureza termoplástica ou termorrígida do polímero.

No caso dos termoplásticos, os resíduos de moldagem, isto é, as rebarbas, podem ser fragmentadas e reutilizadas, em substituição parcial ou total ao polímero virgem. Esse procedimento, conhecido como reciclagem primaria, pode ser adotado pelo próprio fabricante do artefato ou através de venda a terceiros. É importante não apenas do ponto de vista econômico, mas também quanto a proteção ambiental. Reciclagem secundária se refere ao refugo pós-consumo, ou depois do produto descartado.

No caso dos termorrígidos, as rebarbas não podem substituir o polímero virgem e ser moldadas para a mesma finalidade; seu reaproveitamento exige operações adicionais de tratamento, visando outras aplicações.

Os principais processos de transformação das composições moldáveis em artefatos de borracha, de plásticos ou de fibras. De modo geral, esses processos podem ser divididos em dois grandes grupos, conforme a fuidez da massa seja obtida por aquecimento ou apenas pela adição de um liquido. Os processos de moldagem com aquecimento podem ainda ser sub-divididos, conforme exijam os não a utilização de pressão. Na classificação apresentada, não é considerada a pressão de bombeamento, comumente usadano processamento industrial.

Os materiais plásticos (termoplásticos ou termofixos) são transformados através de processos de moldagem a quente ou por extrusão. A extrusão em geral fornece produtos intermediários para posterior processamento (ex: Extrusora utilizada para filmes planos que serão posteriormente conformados). Normalmente os materiais termoestáveis (termofixos) são moldados pelos processos de compressão e transferência, enquanto que os materiais termoplásticos são comumente moldados por injeção. Essa classificação é um pouco arbitrária, pois os processos de moldagem compressão podem ser empregados para materiais termoplásticos e os processos de injeção para materiais termofixos. Os materiais plásticos podem também ser usinados (cortados, serrados e torneados) e normalmente os fabricantes dos materiais

plásticos especificam os dados técnicos para a usinagem (ângulo de ferramenta, velocidade de corte, etc).

Peças e utensílios fabricados a partir de folhas ou lâminas de termoplásticos (por exemplo: luminosos de acrílico), são moldados pelos processos a vácuo. Recipientes em geral (como frascos de xampu) utilizam materiais termoplásticos e são transformados pelo processo de moldagem por sopro.

Nos processos de transformação de polímeros podemos incluir também a colagem. Artigos de forma complexa são, freqüentemente, produzidos em partes que são posteriormente, coladas. Na colagem de termoplásticos o adesivo é, em geral, um produto que dissolve o termoplástico. Alternativamente os termoplásticos podem ser soldados por alta freqüência ou por meio de um jato de ar quente.

Materiais termoestáveis são muitas vezes moldados manualmente, com cargas de reforço de fibra de vidro, carbono ou outras, na produção de pequenos lotes de peças de grandes dimensões (como barcos, painéis e peças de forma intrincada).

Principais Processos de Transformação de Polímeros.

Os produtos plásticos podem ser moldados em vários processos de transformação, sendo os principais detalhados abaixo.

Processos mecânicos de moldagem, onde as diversas resinas poliméricas em formato de grânulos, matéria-prima, depois de aquecidas podem ser processadas pelos métodos:

Termoformagem:

Este processo de moldagem descontinua, utiliza o aquecimento de folhas ou placas plásticas, geralmente de PS, PMMA, ou PC, pela sua aproximação a um conjunto de resistência elétrica, ate seu amolecimento.

A folha aquecida é inicialmente aplicada sobre um molde maciço contendo perfurações, apoiado sobre uma base no interior da qual se aplica vácuo. Conforme o grau de complexidade em detalhes da superfície da peça a ser moldada, pode-se ainda sobrepor pressão à folha. O processo emprega moldes de baixo custo, sendo utilizado na fabricação de protótipos industriais, peças de grandes dimensões e artefatos descartáveis, sem exigências especiais de acabamento.

A termoformação e mais comumente designada por moldagem a vácuo. É de técnica muito simples, adaptável a fabricação, no momento, de painéis com relevo de pouca profundidade, destinados a fins promocionais ou decorativos.

Moldagem de produtos a partir do aquecimento de uma chapa de resina termoplástica, que introduzida no molde fixado em uma prensa e acionado molda o produto. A moldagem pode ser feita com a utilização de ar quente, o qual suga a chapa dentro da cavidade ou aquecimento do molde, moldando a chapa sem utilização de ar. Este processo é utilizado na maioria dos produtos de vasilhames descartáveis, como copos, pratos, etc...

Calandragem:

O processo de calandragem é utilizado para a confecção de filmes planos, chapas e laminados que são posteriormente termoformadas dando origem a produtos para a indústria de embalagens alimentícias, farmacêuticas, automobilísticas e outras. A principal vantagem é obter um material com espessura constante e com um excelente acabamento. A composição polimérica moldável passa entre rolos superpostos, sucessivos, interligados geralmente na forma de “L”, “T” ou “Z”, devido às características do equipamento e as exigências de mercado dos filmes produzidos, esse processo é em geral empregado na produção em larga escala de materiais termoplásticos. Pode também ser utilizado para a fabricação de materiais termorrígidos, desde que a composição moldável seja devidamente formulada para evitar pré-vulcanização.

O emprego de calandragem esta geralmente associada ao emprego de maquinas com grandes dimensões e elevado volume de produção, o que exige amplas áreas para armazenamento das bobinas dos produtos calandrados. Esse conjunto de característica indica empresas de médio e grande porte. É importante não confundir o equipamento destinado a calandragem, isto é, a calandra, com o equipamento empregado para a mistura, isto é, o misturador.

Em ambos os casos, trata-se de um conjunto de cilindros, porem sua apresentação visual é diferente. Em geral, a calandra tem os cilindros dispostos verticalmente, enquanto que o misturador tem dois rolos fixados horizontalmente. Alias, o misturador precisa ter rotações diferentes em cada cilindro, a fim de provocar o cisalhamento da massa. Se a velocidade dos

cilindros é igual, o equipamento passa a funcionar como laminador( Processo de Laminação).

Este processo consiste em extrusar o composto de PVC, formando um cordão ou uma fita que será depositada em um sistema de cilindro aquecido que forma a calandra. Dependendo da tecnologia utilizadas as calandras podem ter números diferentes de cilindros. Normalmente a calandra tem quatro rolos de tamanhos distintos, que giram a velocidades ligeiramente diferentes para formar os filmes, chapas ou laminados.

Algumas características dos materiais obtidos pelo processo de calandragem são:

- Possibilidades de obterem-se materiais planos com ou sem brilho;

- Transparentes opacos ou coloridos;

- Baixa permeabilidade ao vapor d’água;

- Produtos atóxicos;

-Obtenção de materiais rígidos ou flexíveis.

As principais aplicações em materiais rígidos são:

- Chapas para termoformagem visando aplicação tipo “ blister ”

- Confecção de cartões de créditos e rótulo e etc...

As principais aplicações em materiais flexíveis são:

- Lonas de caminhão;

- Laminados para banners;

- Laminados para toldos, guarda-sóis e coberturas.

- Laminados para confecção de bolsas de sangue e soro e geo-membranas entre outras.

Laminação:

Este processo com superposição de materiais como papel, papelão, metais, previamente tratados com resina termoplástica, forma um “sanduíche” que é prensado com aquecimento, proporcionando a aderência total das camadas, resultando em produtos altamente resistentes. Havendo indicação técnica em ter as espessuras uniformes e ou dimensionalmente controladas utiliza-se o sistema de calandragem, ou seja, o estiramento por dois ou mais cilindros.

Extrusão:

A moldagem de peças extrusadas é um processo continuo, consiste em fazer passar a massa polimérica moldável através de matriz com o perfil desejado; por resfriamento em água, a peça extrusada, vai solidificando progressivamente. O extrusado pode ser enrolado em bobinas, cortado em peças de dimensões especificadas, ou cortado em grânulos regulares, com uma faca rotativa. o processo permite a fabricação continua de tarugos, tubos, lâminas ou filmes, isto é, produtos que apresentam perfil definido. O processo de extrusão é aplicável a termoplásticos ou termorrígidos, desde que a formação da massa a extrusar seja adequada.

O processo de extrusão permite o revestimento de fios metálicos, a formação de camadas sobrepostas para a obtenção de laminados, a produção de filmes ou inflados, a preparação de pré-formas para moldagem por sopro, etc..

O processo de extrusão é muito versátil. O material extrusado continuo, pode ser gerado através de uma fenda, simples ou múltiplas; neste caso, o processo se denomina co-extrusão, conforme a espessura, o produto extrusado é classificado como filme, folha ou placas. Quando a fenda é circular, formam-se tarugos, bastões ou cordões. Se a fenda for anular, simples ou múltiplas, com orifícios circulares concêntricos, são gerados tubos de espessura variada, mantidos ocos ao longo do processo de extrusão pela

insuflação de ar pelo centro da matriz. A embalagem moderna de pastas dentríficias multicoloridas é um exemplo de extrusão múltipla da pasta.

Além disso, a extrusora pode também funcionar como câmara de mistura ou de homogeneização para a preparação de composições poliméricas moldáveis. A extrusora pode ainda atuar como câmara de reação, modificando a estrutura do polímero e ampliando suas possibilidades de aplicação.

A matéria-prima amolecida é expulsa através de uma matriz instalada no equipamento denominado extrusora, produzindo um produto que conserva a sua forma ao longo de sua extensão. Os produtos flexíveis, como embalagens, sacolas, sacos e bobinas também conhecidos como filme, após o processo de extrusão, podem ser gravados sendo modelado o produto final com soldas e cortes. Os produtos rígidos ou semi-rígidos, como tubos, perfis, mangueiras e chapas, têm o mesmo processo, havendo mudança da matéria-prima e matriz.

Os moldes podem ser confeccionados com gesso, madeira, metal, etc..., pois serão submetidos a pressão baixas e instantâneas durante a preparação as peça. Os orifícios através dos quais será aplicado o vácuo devem ser distribuídos adequadamente, de modo a permitir uma boa copia da superfície do molde na placa polimérica aquecida

Injeção:

A moldagem por injeção é o mais comum dos processos empregados na fabricação de termoplásticos. Consiste em introduzir um molde a composição moldável fundida em um cilindro aquecido, por intermédio da pressão de um êmbolo.

As maquinas injetoras geralmente dispõem de uma câmara cilíndrica preliminar aquecida dotado de um parafuso sem fim, que funciona como plastificador e homogenizador da massa polimérica antes que seja admitida a seção onde será transmitida aos canais de injeção do molde. A refrigeração do material é feita dentro do molde, de forma a permitir a sua solidificação e a remoção do artefato sem deformação.

O processo de injeção é descontinuo aplicável a termoplástico, comum na obtenção de pequenas peças em curtos ciclos de moldagem. Um dos inconvenientes da moldagem por injeção é a grande quantidade de material descartado após a retirada da peça injetada, sob a forma de galhos e varas por onde havia passado o plástico fundido. Esses resíduos, após a fragmentação em moinhos apropriados, são normalmente reutilizados. Esse inconveniente é eliminado com a utilização de moldes com canal quente, que são empregados somente em casos especiais.

A matéria-prima amolecida pelo calor e sob pressão é injetada através de pequenos orifícios do molde, modelo do produto a ser fabricado, instalado num equipamento denominado injetora. O produto, depois de resfriado suficiente para manter a forma e medida necessária é extraído do molde.

Exemplo:

Utensílios domésticos, brinquedos, bijuterias, pré-formas para moldagem por sopro, etc..

Sopro:

A moldagem por sopro é o processo descontinuo, adequado para obtenção de peças ocas, através da insuflação de ar no interior de uma pré-forma, inserida no interior do molde. No caso mais comum, a pré-forma é um segmento de tubo recém-extrusado; no caso de frascos ou garrafas que exijam maior resistência mecânica, a pré-forma é uma peça injetada, com formato adequado.

A matéria-prima amolecida pelo calor é expulsa através de uma matriz e ou fieira, formando uma mangueira quando o molde fecha sobre esta mangueira é introduzida uma agulha onde o ar é soprado, que força o material a ocupar as paredes ocas do molde, sendo moldada a peça e então após 0 resfriamento é extraída.

Injeção / Sopro

Pré-forma: é um processo conjugado de injeção e sopro. Desenvolvido para moldar a matéria-prima PET. A resina PET tem características muito peculiares, onde o produto pode ser moldado em dois processos distintos, sem comprometer suas características de resistência e transparência. A matéria-prima PET é injetada mantendo o formato de uma embalagem, sem nenhum ar internamente, denominado pré-forma. Quando aquecida no segundo processo, dentro do equipamento próprio e especial, o ar é soprado internamente tomando o formato do produto final.

Este processo é para produtos de frascaria, usados em refrigerantes, água mineral. Possui alto índice de transparência e bom desempenho no envase de gaseificados.

Rotomoldagem: 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, câmeras de bola, grandes contenair, peças rígidas de alta complexidade na extração do molde.

Vazamento/ Fundição:

O vazamento é o processo de moldagem descontínuo mais simples, aplicável tanto para polímeros termoplásticos quanto para termorrígidos. Consiste em verter, isto é, vazar no molde a composição moldável do polímero, sob a forma de uma solução viscosa de mistura de polímero. é um processo para baixa produção, quase sempre utilizado em protótipos. Consiste em despejar a resina líquida adicionada a outras substâncias enrijecedoras dentro de um molde. Na fundição podem ser utilizadas tanto resinas termoplásticas como resinas termorrígidas, mesmo que termofixas, não é empregado aquecimento ou pressão. Este método é usados para a produção de brindes, pequenos adornos, dentre outros.

Compressão:

É um processo de moldagem descontinuo que se aplica a materiais termorrígidos. Consiste em comprimir o material, amolecido ou fundido por aquecimento, dentro da cavidade do molde, cujo desenho deve prover dispositivos para a retirada de rebarbas e para a ejeção da peça, enquanto o molde ainda esta aquecido. É o processo empregado para a fabricação de produtos elastoméricos, como pneumáticos e solados de borrachas, peças imitando louças, feitas com MR, e placas laminadas de papel e PR, etc..é importante observar que a superfície da peça moldada irá reproduzir as condições de polimento do molde, cuja manipulação deve ser feita com muito cuidado.

Fiação seca

Fiação seca:

A fiação seca se refere especialmente a soluçoes em solventes não aquosos. É processo aplicável para a obtenção de fibras de polímeros pouco resistentes ao calor, porem sensíveis a solventes aquecidos. A solução deve ser altamente viscosa e é passada através dos orifícios da fieira; os filamentos formados se solidificam pela evaporação do solvente, dentro de uma câmara adequada á recuperação.

É essencial impedir a coalescência dos filamentos, muito pegajosos quando ainda no estado viscoso. Em seguida, os filamentos são enrolados em bobinas para os procedimentos mecânicos subseqüentes,. É especialmente importante o estiramento a frio, para propiciar o alinhamento das macromoléculas e, assim, o aumento da resistência mecânica da fibra.

Fiação por fusão:

A fiação por fusão é um processo continuo, é aplicável a polímeros termoplásticos de difícil solubilidade e alta resistência ao calor, e permite a obtenção de fibras. Através da passagem do polímero fundido por uma placa contendo orifícios, formam-se filamentos viscosos que se solidificam por resfriamento e são continuamente enrolados em bobinas.

A variação de velocidade de enrolamento permite controlar o estiramento a frio do fio, que é feito nas proximidades e acima da temperatura de transição vítrea do polímero, mesmo quando não é realmente baixa a temperatura utilizada. Por exemplo, nas fibras do PET, cuja tg é 70ºC, o estiramento é feito a 80ºC. em geral, a transformação do polímero em filamentos já é feita na própria fabrica, na fase final do processo de fabricação. A transformação do filamento em fibras é obtida através de procedimentos mecânicos, em maquinas têxteis.

Fiação úmida:

Possibilita a obtenção de fibras a partir de polímeros termorrígidos físicos, isto é, infusíveis porem solúveis, embora de difícil dissolução.

Baseia-se na modificação química do polímero, passando-o à condição de solúvel em água e formando soluçoes muito viscosas, capazes de formar filamentos contínuos pela imersão em banhos de composição adequada, onde é recomposto o polímero original. Esses filamentos são agora suscetíveis de tratamento mecânicos para constituir fibras industriais de características apropriadas.

No caso mais comum, a fiação úmida é usada para obter fibras de celulose de alta qualidade têxtil a partir de celulose de qualquer origem, pela transformação, em sal de sódio de xantato de celulose, que é solúvel em água. Após passar a massa viscosa pela fieira, a celulose regenerada é precipitada em banho aquoso de pH levemente acido. Assim são obtidas as fibras de náilon viscose.

Imersão:

Este processo de moldagem permite a obtenção de peças ocas por imersão do molde em soluções viscosas, seguidas de remoção do solvente, ou sem emulsão do polímero, seguida de coagulação. A espessura do artefato é determinada pelo número de vezes que se repete o procedimento. Esse processo tem restrições impostas pelas características de elasticidade do material e pela forma removível do artefato, que se consolida sobreposto ao molde.

Para facilitar a remoção da peça sem dano, o molde deve estar devidamente revestido de um agente desmoldante, em geral à base de silicone. No caso de emulsão elastoméricas, é empregado nesse revestimento um agente coagulante.