Processamento de Polímeros

Introdução

A utilização de materiais poliméricos em projetos de engenharia vem crescendo de maneira significativa nos últimos tempos, isto por que estes podem apresentar diversas propriedades extremamente importantes como ductilidade, moderada resistência, baixo custo e bom acabamento superficial sem gerar grandes perdas, dependendo do processo de fabricação.

Como ressalta Bosquilha (2003) os “polímeros são compostos obtidos por reações que unem muitas moléculas iguais ou diferentes entre si e de forma repetida, por isso, apresentam longas cadeias. A parte do polímero que se repete é chamada monômero e a reação que as une é conhecida como polimerização”. De forma geral os polímeros são formados de Carbono, contudo também podem ser inorgânicos, com estrutura baseada em Si-O. (ASKELAND e WRIGHT, 2016)

Com o passar do tempo novas formas de materiais poliméricos foram sendo descobertas e aplicadas para as mais diversas formas. Porém, segundo Quevedo (2016)

os processos para obtenção sintética de materiais poliméricos foram viabilizados somente no início do século XX. A década de 1920 marcou oficialmente o início de uma nova era nas descobertas relacionadas aos materiais poliméricos, com pesquisas relacionadas aos mecanismos de polimerização de moléculas orgânicas na Alemanha.

Juntamente com o crescimento do uso de polímeros na indústria surgiu a necessidade de criar, estudar e aperfeiçoar as maneiras com que estes materiais são processados até a obtenção do produto final.

Neste trabalho serão apresentados cinco tipos de processamento de materiais poliméricos: Extrusão, Injeção, Moldagem por compressão, Rotomoldagem e Sinterização.

Extrusão

O processo de extrusão é um dos mais utilizados e importantes para a fabricação de produtos poliméricos. Ele consiste na passagem forçada, de maneira controlada, da resina plástica fundida por meio de uma ou mais roscas sem fim. As roscas têm a finalidade de amolecer, compactar, plastificar, misturar e transportar o material até encontrar a matriz. A matriz possui um perfil definido, pelo qual o material é expelido formando um componente contínuo de seção transversal constante. Após estes procedimentos o material é resfriado até a solidificação. (AFINKO, 2018)

Segundo a iniciativa Manutencao e Suprimento (2018) os principais plásticos utilizados no processo são do tipo termoplásticos, como: polietileno de baixa ou alta densidade (PEBD e PEAD), vinil, PVC, acrílico, PETG, butirato, poliestireno e polipropileno. Também são utilizados polímeros do tipo elastômero como ressalta Clavelario (2012).

Decorrentes deste processo é possível fabricar diversos componentes, Afinko (2018) exemplifica que “pode-se produzir uma variedade grande de perfis, como tubos, barras, mangueiras, filmes, chapas, fios, cabos, etc.” Outros exemplos que podem ser citados são vedações, isolamentos, apoiadores e juntas de silicone feitos a partir de elastômeros.

Sobre os equipamentos utilizados no processo de extrusão, Abiplast (2018) demonstra que

os principais componentes de uma extrusora são: motor elétrico (acionamento), conjunto de engrenagens redutoras (transferência de torque do motor para a rosca), cilindro, rosca, matriz, carcaça, painel de comando, resistências de aquecimento, ventiladores de resfriamento e bomba de vácuo.

Para melhor demonstrar os equipamentos utilizados no processo a Figura 1 apresenta de maneira simplificada o esboço de uma máquina extrusora.

Figura 1: Esquema de uma máquina utilizada no processo de moldagem por extrusão.

Fonte: (AFINKO, 2018).

Por conta da pressão e calor aplicado sobre o polímero, é possível que o material, ao final do processo, apresente tensões internas.

As vantagens observadas no processo de moldagem por extrusão estão relacionadas com o baixo custo em relação a outros processos, a flexibilidade (é possível criar diversos formatos de perfis, bem como misturar atributos dos plásticos, como duros e moles) e possíveis manipulações nos componentes após a extrusão. Dentre as desvantagens se destacam a variação de tamanho (o plástico se expande quando sai da matriz) e as limitações de produtos decorrentes da natureza do processo.

Injeção

Assim como a extrusão, o processo de injeção também é um dos mais utilizados no ramo de processamento de materiais poliméricos. O processo se baseia em forçar o polímero a elevada temperatura e pressão através de uma rosca para o interior de um molde. Diferente da extrusão, a injeção é um processo intermitente, permitindo produzir um ou mais componentes a cada ciclo.

O autor Da Silva (2013) explica:

O polímero é adicionado na injetora através do funil de alimentação. A rosca gira e empurra o polímero para a parte frontal da mesma. Enquanto a rosca gira ela recua para trás, pois precisa de espaço à sua frente para depositar o material polimérico fundido ou amolecido e homogeneizado. Após a deposição de uma quantidade suficiente de material depositado na parte frontal da rosca, uma válvula presente perto do bico de injeção se abre. Neste momento, a rosca deixa de atuar como parafuso e atuará como se fosse um pistão, fazendo movimento para frente, empurrando assim o material para dentro das cavidades do molde. Assim que o polímero entra através dos canais do molde, inicia-se o processo de resfriamento do material. Depois de resfriado o material é então extraído.

Os principais materiais aplicados a este processo são os polímeros termoplásticos, como ABS, Polipropileno (PP), Polietileno (PE) Polioximetileno (POM), Policarbonato, PVC, Nylon, Estireno e Polieterimida (PEI). (STRATASYS, 2018). Também é possível aplicar o processo em alguns tipos de polímeros termorrígidos.

Das máquinas utilizadas no processo de injeção se destacam injetoras manuais, hidráulicas, híbridas e elétricas, sendo que as hidráulicas estão presentes em maior quantidade no mercado. (AUTOMATA, 2018). Dos componentes gerais das máquinas injetoras, é possível citar um funil, uma rosca e um cilindro (também conhecido como canhão), um bico de injeção e um molde. (TUDO SOBRE PLÁSTICOS, 2011).

O website Tudo Sobre Plásticos (2011) também explica:

O molde consiste de placas de aço-ferramenta móveis e estacionárias, onde