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Tecnologia dos MateriaisProcessamento de Polímeros
Prof. Henrique Cezar Pavanati
E-mail: pavanati@ifsc.edu.br
Módulo II – Mecânica
Instituto Federal de Santa Catarina
Campus Florianópolis
Departamento Acadêmico de Metal-Mecânica
Curso Técnico em Mecânica
www.pavanati.com.br
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Processamento de Polímeros
2/114Materiais e Processos de Fabricação
Etapas principais do processamento de polímeros:
1. PLASTIFICAÇÃO – Levar o material a um estado em que
sua forma possa ser modificada na etapa seguinte;
2. CONFORMAÇÃO – Dar forma desejada a peça;
3. ESTABILIZAÇÃO DE FORMA – Endurecimento, resfria-
mento ou cura até a temperatura ambiente.
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Processamento de Polímeros
3/114Materiais e Processos de Fabricação
Antes de tudo é necessário:
PREPARAR OS POLÍMEROS PARA O PROCESSAMENTO
Indústria petroquímica
Polímero virgem
Pronto para ser usado?
Processo de transformação
Pro
dutosimPreparação
do composto
não
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4/114Materiais e Processos de Fabricação
Trituradores
Equipamentos usados na preparação dos polímeros
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5/114Materiais e Processos de Fabricação
Trituradores
Equipamentos usados na preparação dos polímeros
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6/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão - Granulação
Equipamentos usados na preparação dos polímeros
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7/114Materiais e Processos de Fabricação
Misturadores
Equipamentos usados na preparação dos compostos
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8/114Materiais e Processos de Fabricação
Dosadores
Equipamentos usados na preparação dos compostos
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9/114Materiais e Processos de Fabricação
Processos de Transformação
• São todos os processos de fabricação utilizados para
dar forma aos produtos. Os mais importantes são:
• Injeção de polímeros;
• Extrusão de polímeros;
• Sopro;
• Termoformagem;
• Rotomoldagem.
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INJEÇÃO DE
POLÍMEROS
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11/114Materiais e Processos de Fabricação
Esquema de uma máquina de moldagem por injeção
parafuso móvelplástico fundidoinjeção no molde
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12/114Materiais e Processos de Fabricação
Esquema de uma máquina de moldagem por injeção
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13/114Materiais e Processos de Fabricação
Máquina de moldagem por injeção
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14/114Materiais e Processos de Fabricação
Máquina de moldagem por injeção
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Processamento de Polímeros
15/114Materiais e Processos de Fabricação
Vantagens da moldagem por injeção
1 – peças de elevada qualidade;
2 – custo baixo das peças para grandes volumes;
3 – bom acabamento;
4 – facilidade de automatização do processo;
5 – permite obtenção de formas complicadas.
Desvantagens da moldagem por injeção
1 – elevado custo do equipamento e dos moldes;
2 – processo com muitas variáveis, necessitando
de controle bastante rigoroso.
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16/114Materiais e Processos de Fabricação
Matéria-prima
1 – Praticamente todos os termoplásticos;
2 – Praticamente todos os termofixos.
• Nos termoplásticos, o molde deve ser resfriado
para solidificar o polímero;
• Nos termofíxos, o molde deve ser aquecido
para a reticulação (cura) e solidificação.
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17/114Materiais e Processos de Fabricação
Ciclo de injeção
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18/114Materiais e Processos de Fabricação
O processo de injeção de polímeros
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19/114Materiais e Processos de Fabricação
Alguns parâmetros do processo:
• Temperatura de injeção (do material) e do molde –
ambas tem influência direta na viscosidade do políme-
ro e, consequentemente, no preenchimento do molde.
A temp. elevada pode levar a presença de rebarba;
• Volume do material injetado (dosagem) – um volu-
me correto garante que não irá faltar material. Um vo-
lume menor é problema, mas material além do neces-
sário no canhão de injeção poderá degradar (queimar)
a matéria-prima;
• Tempo e/ou velocidade de injeção – devem garantir
o preenchimento da peça antes da solidificação do
material, mas sem promover turbulência no fluxo de
injeção;
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20/114Materiais e Processos de Fabricação
Alguns parâmetros do processo:
• Pressão de injeção – tem relação direta com o pre-
enchimento do molde e também com o grau de com-
pactação da peça produzida. O grau de comp. causa
variação da densidade e das propriedades mecânicas.
Pressões elevadas facilitam a formação de rebarbas;
• Pressão e tempo de recalque – devem garantir que
não falte material devido a contração da peça e a den-
sidade necessária nos vários pontos da peça;
• Tempo de resfriamento – deve ser o menor tempo
possível para permitir o resfriamento da peça, ou seja,
o produto ao ser extraído do molde não perca sua for-
ma e/ou possa ser manuseado. Muitas vezes é o maior
tempo de todo o ciclo de injeção.
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Moldes para injeção
VÍDEO
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22/114Materiais e Processos de Fabricação
Funções dos moldes
• Receber e distribuir o material plastificado;
• Modelar;
• Resfriar;
• Desmoldar.
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1. Sistema de Alimentação;
2. Saída de Gases;
3. Sistema de Extração;
4. Sistema de Resfriamento;
5. Placa com as Cavidades.
Sistemas de um molde de injeção
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24/114Materiais e Processos de Fabricação
• Canal de Injeção:
• Poço frio (de retenção) ou canal quente;
• Canais de alimentação (distribuição);
• Canais de entrada
ou ponto(s) de injeção.
1. Sistemas de Alimentação
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25/114Materiais e Processos de Fabricação
1. Sistemas de Alimentação
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Processamento de Polímeros
26/114Materiais e Processos de Fabricação
• Liga a injetora (bico de injeção da máquina) ao
canal de alimentação;
• A superfície deve ser polida e a forma de sua
seção transversal deve ser adequada de acordo
com o volume de material e formato da peça;
• Poço Frio: Prolongamento do canal de injeção que tem
por finalidade receber o primeiro material que se resfriou
na frente de fluxo;
• Canal Quente: Sistema de aquecimento implantado no
canal de injeção, as vezes também no de alimentação,
para evitar o resfriamento do material.
Canal de injeção
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Poço frio (poço de retenção)
Poço frio
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28/114Materiais e Processos de Fabricação
• O material nos canais de injeção e/ou alimentação é
mantido plastificado, ou seja, preparado para o próxi-
mo ciclo 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.
Canal quente
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29/114Materiais e Processos de Fabricação
Canal quente
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Processamento de Polímeros
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Canais de alimentação
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31/114Materiais e Processos de Fabricação
Canais de alimentação
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Processamento de Polímeros
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Canais de alimentação
Balanceamento
adequado
Não balanceado
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33/114Materiais e Processos de Fabricação
Entrada ou Ponto de injeção
• O ponto de injeção controla a velocidade com que
o material fundido entra na cavidade e, também, o seu
empacotamento (densidade da peça);
• Por consequência, controla-se as propriedades e a
aparência da peça injetada;
• Peças grandes vão demandar um grande número de
pontos de injeção para evitar o resfriamento do mate-
rial e os defeitos gerados por esse problema, como
as linhas de emenda (solda);
• Os pontos de entrada, devem ser localizados, de
preferência, de paredes grossas para finas.
Características:
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Processamento de Polímeros
34/114Materiais e Processos de Fabricação
Para minimizar o jateamento, esguichos e enevoamento, a
entrada deverá estar em ângulo reto com o canal e deve
obrigatoriamente, existir um poço frio ao lado do canal.
Entrada ou Ponto de injeção
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Canais de entrada com poço frio
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36/114Materiais e Processos de Fabricação
Tipos de entrada
Entrada lateralEntrada direta
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Entrada em disco
Tipos de entrada
Entrada em anel
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Tipos de entrada
Entrada capilar
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39/114Materiais e Processos de Fabricação
2. Saída de gases
• São canais rasos que se estendem da
cavidade ao exterior do molde;
• Saídas ineficientes resultam em:
• mal preenchimento da peça;
• linhas de emendas fracas;
• contração irregular do moldado;
• queima da superfície da peça.
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40/114Materiais e Processos de Fabricação
2. Saída de gases
Cavidade sem saída
de gases
Cavidade com saída
de gases
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3. Sistema de resfriamento
• Constituído por canais no interior do molde para
circulação de água;
• A diferença de temperatura do líquido entre a
entrada no molde e a saída deve ser a menor
possível;
• Grandes diferenças de temperatura no molde
(diferentes taxas de resfriamento) causam:
• peças com contração, brilho e qualidade das linhas de
solda diferentes em cada ponto.
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3. Sistema de resfriamento
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Processamento de Polímeros
43/114Materiais e Processos de Fabricação
4. Sistema de extração
• Devem atuar na face inferior da moldagem
(não vista) - evitar marcas nas faces expostas;
• A extração pode ser feita por:
• Pinos
• Placas
• Ar comprimido
• Núcleo Rotativo
• Ventosas...
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44/114Materiais e Processos de Fabricação
4. Sistema de extração
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45/114Materiais e Processos de Fabricação
4. Sistema de extração
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46/114Materiais e Processos de Fabricação
4. Sistema de extração
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47/114Materiais e Processos de Fabricação
4. Sistema de extração
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Processamento de Polímeros
48/114Materiais e Processos de Fabricação
5. Moldes com partes móveis
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49/114Materiais e Processos de Fabricação
5. Moldes com partes móveis
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50/114Materiais e Processos de Fabricação
5. Moldes com partes móveis
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51/114Materiais e Processos de Fabricação
5. Moldes com partes móveis(Placa Flutuante)
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52/114Materiais e Processos de Fabricação
Produtos VÍDEO
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53/114Materiais e Processos de Fabricação
Alguns defeitos na moldagem por injeção
Estrias marrons
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54/114Materiais e Processos de Fabricação
O surgimento de estrias de coloração
marrom, amarelada ou mesmo preta na
peça injetada é causado, principalmente,
devido à degradação do polímero.
Estrias marrons
Alguns defeitos na moldagem por injeção
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Processamento de Polímeros
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Pontos pretos
Alguns defeitos na moldagem por injeção
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Processamento de Polímeros
56/114Materiais e Processos de Fabricação
São causados pelo surgimento de
pequenas partículas encravadas na
peça, geradas pela carbonização do
polímeros. As causas principais são:
• Formação de um filme de material
degradado, recobrindo o parafuso
e/ou o canhão, que se desprende a
cada ciclo;
• Presença de impurezas no mate-
rial, principalmente no reciclado.
Pontos pretos
Alguns defeitos na moldagem por injeção
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57/114Materiais e Processos de Fabricação
Rechupes e vazios
Alguns defeitos na moldagem por injeção
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Processamento de Polímeros
58/114Materiais e Processos de Fabricação
As depressões originadas na superfície
da peça injetada (rechupes) ou as bolhas
internas (vazios), normalmente só
visíveis em peças transparentes, são
decorrentes da contração do polímero.
Rechupes e vazios
Alguns defeitos na moldagem por injeção
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Processamento de Polímeros
59/114Materiais e Processos de Fabricação
Linhas de emenda ou solda
Alguns defeitos na moldagem por injeção
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Processamento de Polímeros
60/114Materiais e Processos de Fabricação
O encontro de duas ou mais frentes de
fluxo do material, que se separaram
em alguma região anterior por onde o
polímero estava escoando, é que
causam as linhas de solda.
Linhas de emenda ou solda
Alguns defeitos na moldagem por injeção
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Rebarbas
Alguns defeitos na moldagem por injeção
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Processamento de Polímeros
62/114Materiais e Processos de Fabricação
O material fundido é forçado para fora
das cavidades pela linha de abertura do
molde. As causas principais são:
• Temperatura muito alta do polímero;
• Pressão de recalque elevada;
• Velocidade de injeção muito alta.
Rebarbas
Alguns defeitos na moldagem por injeção
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Processamento de Polímeros
63/114Materiais e Processos de Fabricação
EXTRUSÃO DE
POLÍMEROS
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Processamento de Polímeros
64/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão – Etapas do Processo
1. Preparação do polímero sólido (grãos, flocos ou
pó);
2. Aquecimento;
3. Plastificação;
4. Pressurização;
5. Obtenção da forma pela matriz (seção transversal).
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65/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão – Máquina extrusora
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66/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão – Máquina extrusora - Rosca
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67/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão – Máquina extrusora – Matriz
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68/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão – Perfis não circulares
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69/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão de mangueiras e revestimento de condutores
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70/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão de tubosVÍDEO
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Processamento de Polímeros
71/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão de filmes
PRODUTOS:
• filmes finos: 10-50 µm;
• filmes espessos: 100-400 µm;
• chapas p/ termoformagem: 0,2-2,5 mm.
TIPOS:
• Processo plano;
• Processo tubular.
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72/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão de chapas – Plano
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73/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão-laminação – Plano
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Processamento de Polímeros
74/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão-laminação (papel-plástico) – Plano
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Processamento de Polímeros
75/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão - Processo Tubular
VÍDEO
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Processamento de Polímeros
76/114Materiais e Processos de Fabricação
• Os processos de extrusão tubular conseguem menor
variação na espussura (±5%) do que os processos de
extrusão plano (±10%);
• O controle operacional e a manutenção é mais fácil
nos equipamentos do processo plano (a linha tem
acesso mais fácil;
• O processo tubular demanda espaço físico reduzido,
exigindo somente altura compatível;
• Ambos tem elevado produtividade, mas o processo
plano é um pouco mais rápido (resfriamento por con-
dução é mais eficiente).
Processo plano vs. processo tubular
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Processamento de Polímeros
77/114Materiais e Processos de Fabricação
Equipamentos pós-extrusão
1. Calibrador (resfriar, forma final);
2. Equipamento de resfriamento;
3. Puxador ou arraste;
4. Serra;
5. Mesa recolhedora;
6. Bobineira.
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Processamento de Polímeros
78/114Materiais e Processos de Fabricação
Calibração
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Processamento de Polímeros
79/114Materiais e Processos de Fabricação
MOLDAGEM DE
POLÍMEROS POR
SOPRO
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Processamento de Polímeros
80/114Materiais e Processos de Fabricação
1. Plastificação do material;
2. Obtenção de pré-forma;
3. Fechamento do molde sobre a pré-forma;
4. Sopro para expansão;
5. Resfriamento;
6. Extração.
Etapas no processo de moldagem por sopro
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81/114Materiais e Processos de Fabricação
Processo
extrusão-sopro
PARISON
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82/114Materiais e Processos de Fabricação
Processo
extrusão-sopro
PARISON
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Processamento de Polímeros
83/114Materiais e Processos de Fabricação
Características dos produtos e processos
Espessura de parede desuniforme
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84/114Materiais e Processos de Fabricação
Variação da espessura da parede para uniformizar o produto acabado
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85/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão contínua com molde ascendente
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86/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão contínua com molde deslizante
VÍDEO
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87/114Materiais e Processos de Fabricação
Extrusão contínua com árvore rotativa
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88/114Materiais e Processos de Fabricação
Processo INJEÇÃO-SOPRO
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89/114Materiais e Processos de Fabricação
Processo INJEÇÃO – ESTIRAMENTO - SOPRO
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90/114Materiais e Processos de Fabricação
Processo INJEÇÃO – ESTIRAMENTO - SOPRO
VÍDEO
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91/114Materiais e Processos de Fabricação
Processo Co-extrusão + sopro
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92/114Materiais e Processos de Fabricação
MOLDES DE SOPRO
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93/114Materiais e Processos de Fabricação
MOLDES DE SOPRO – Saída de gases
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94/114Materiais e Processos de Fabricação
MOLDES DE SOPRO – Sistema de resfriamento
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95/114Materiais e Processos de Fabricação
MOLDAGEM POR
TERMOFORMAGEM
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96/114Materiais e Processos de Fabricação
Processos pelos quais são obtidas peças
moldadas a partir de chapas planas previa-
mente produzidas.
Estas chapas são temporariamente amoleci-
das por ação de calor e logo após forçadas a
envolver a superfície de um molde com a
forma da peça requerida.
O que é termoformagem?
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97/114Materiais e Processos de Fabricação
Mas como são produzidas as chapas planas?
1. Extrusão – é o processo mais utilizado;
2. Co-extrusão – quando se deseja chapas com pro-
priedades especiais (multi-paredes);
3. Fundição – muito utilizado para materiais de difícil
extrusão. Por exemplo, acrílico, onde o monômero
(líquido) é vazado numa forma com temperatura
controlada onde ocorre a polimerização.
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98/114Materiais e Processos de Fabricação
Onde é utilizada a termoformagem?
1. Indústria de embalagens e
descartáveis;
2. Indústria automobilística;
3. Produtos da linha branca
(refrigeradores e freezers);
4. Construção civil (banheiras).
VÍDEOS
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Processamento de Polímeros
99/114Materiais e Processos de Fabricação
Etapas básicas da termoformagem
1. Aquecimento da chapa;
2. Conformação;
3. Resfriamento;
4. Corte e estampagem.
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100/114Materiais e Processos de Fabricação
1. Aquecimento da chapa
Aquecimento por radiação
com sombreamento
Aquecimento convectivo:Sopradores térmicos.
Aquecimento condutivo:Contato com superfícies
aquecidas.
Aquecimento por radiação:A radiação infravermelha é
emitida de uma fonte consti-
tuída de lâmpadas que po-
dem fornecer temperaturas
elevadas (entre 260 e 600°C).
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101/114Materiais e Processos de Fabricação
2. Conformação da chapa
1. O molde possui somente uma “cavidade”, ao
contrário da injeção e sopro que possuíam duas;
2. Parte da chapa é estirada, levando a redução da
espessura da parede;
3. A espessura da parede será maior na região que
encontrar primeiro o molde (resfriamento mais
rápido, o que reduz o estiramento);
4. A superfície que entra em contato com o molde
possuirá melhor precisão dimensional;
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102/114Materiais e Processos de Fabricação
2. Conformação da chapa (espessura da parede)
A espessura da parede será maior na região
que encontrar primeiro o molde.
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103/114Materiais e Processos de Fabricação
2. Conformação da chapa (tipos de processamento)
Por recobrimento Por vácuo
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104/114Materiais e Processos de Fabricação
Por pressão positiva Por sopro livre
2. Conformação da chapa (tipos de processamento)
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105/114Materiais e Processos de Fabricação
Estiramento + recobrimento com bolha
formada com ar comprimido
2. Conformação da chapa (tipos de processamento)
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106/114Materiais e Processos de Fabricação
Estiramento + recobrimento com bolha
formada por vácuo
2. Conformação da chapa (tipos de processamento)
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107/114Materiais e Processos de Fabricação
Estiramento + vácuo
2. Conformação da chapa (tipos de processamento)
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108/114Materiais e Processos de Fabricação
2. Conformação da chapa (tipos de processamento)
Métodos
auxiliares com
plugue(s).
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109/114Materiais e Processos de Fabricação
ROTOMOLDAGEM
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Processamento de Polímeros
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Etapas do processo de rotomoldagem:
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No aquecimento irá acontecer
a “sinterização” e densificação.
ROTOMOLDAGEM
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Exemplo de rotomoldadora
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Vantagens da rotomoldagem
1. Distribuição da parede dos moldados é relati-
vamente uniforme. Os cantos externos possuem
maior espessura (mais material fica depositado),
aumentando a resistência;
2. Não há desperdício de material (rebarbas,
canais de alimentação, etc);
3. Produtos isentos de linhas de solda e tensão
residual decorrentes de orientação molecular;
4. Baixo custo do ferramental e dos equipamentos.
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Desvantagens da rotomoldagem
1. Ciclos de produção mais longos, podendo tor-
nar o produto mais caro que os similares produ-
zidos por injeção, extrusão ou soprados;
2. Poucas resinas se adaptam a este tipo de
processamento. Atualmente se utiliza princi-
palmente o PE linear de média densidade e o
PVC Plastirol, ambos em pó.
VÍDEOS