Processamento termomecânico de plásticos: moldagem, extrusão e reologia

Resistência dos Materiais IIResistência dos Materiais II
Processamento termo-mecânicoProcessamento termo-mecânico
de plásticosde plásticos
Aspecto da reciclagem deAspecto da reciclagem de
plásticosplásticos
07/15/13 18:30

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,
REOLOGIA
Predizer 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
final
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.
Sopro

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
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
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 carbono
Componentes 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 Aglutinação
Extrusão
Granulação
Produto
finalColeta
Materiais
Contaminantes

• 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
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.

Via
Usina de Saint-Queen
(França)
15400
MW/ano
70000
pessoas
Reciclagem
energética
gera

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
Plásticos
Biodegradáveis
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.

Plásticos Biodegradáveis
Pesquisados desde a
década de 30
Plásticos
Biodegradáveis
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.

Processamento termomecânico de plásticos: moldagem, extrusão e reologia

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