Fabricação de Polímeros: entenda as principais etapas
Assuntos
- O que são os polímeros e como são feitos
- Importância da fabricação de polímeros
- Técnicas de fabricação de polímeros
- Injeção
- Extrusão
- Sopro
- Termoformagem
- Rotomoldagem
- Compressão
- Reciclagem
- Manufatura Aditiva
Neste artigo, você conhecerá como os materiais poliméricos são feitos, sua importância e os principais processos de fabricação de polímeros.
O que são os polímeros e como são feitos
Podemos definir os materiais poliméricos como aqueles formados pelas macromoléculas conhecidas como Polímeros. Essas macromoléculas, por sua vez, são constituídas por monômeros, unidades estruturais de baixa massa molecular as quais se unem em longas cadeias a partir de reações químicas de polimerização. É daí que obtemos a palavra Polímeros do grego Poli, “muitas”, e mero, “partes”.
O processo de polimerização ocorre a partir da quebra de ligações dos monômeros, através de catalisadores como o metais, ácidos, luz e calor, ou por meio de ressonância na estrutura com deslocamento de elétrons. Assim, valências livres surgem nos monômeros, permitindo que eles se combinem, por adição ou condensação.
Importância da fabricação de polímeros
Para entendermos a importância dos polímeros, basta pensarmos na imensa quantidade de objetos do nosso cotidiano que são produzidos a partir desses materiais, como: embalagens, sacolas, calçados, roupas, cadeiras, mesas, o próprio mouse que você está segurando ou os componentes do seu celular, dentre outros.
Essa variedade de produtos não seria possível através de outros materiais, e é por isso que os polímeros são tão importantes na sociedade atual. Portanto, neste artigo, vamos conhecer as principais técnicas de fabricação de polímeros.
Técnicas de fabricação de polímeros
Abaixo, estudaremos cada um dos principais processos de fabricação de polímeros, da injeção até a manufatura aditiva.
Injeção
Efetua-se a injeção tanto para materiais termofixos quanto para termoplásticos. O processo ocorre conforme as fases a seguir.
Inicialmente, a resina polimérica é selecionada, transportada e inserida no sistema de alimentação da máquina injetora. Em seguida, o molde se fecha e é travado, a fim de suportar a alta pressão do material nas cavidades.
Então, a rosca empurra os grânulos, plastificando e homogeneizando a mistura através do aquecimento produzido por resistências elétricas e pelo atrito entre as paredes da rosca e do cilindro. Dessa forma, a rosca pressiona o polímero que, por sua vez, preenche as cavidades do molde.
Quer saber mais sobre a injeção plástica? Clique aqui e entenda o processo de injeção plástica, os materiais utilizados, a máquina injetora, as etapas do processamento, os problemas mais comuns e o mercado atual de matéria-prima para injeção.
Mantém-se a pressão da injeção por alguns segundos, para evitar que se formem rechupes (defeitos estruturais característicos por vazios entre a parede do molde e a peça injetada) durante a solidificação do material, em virtude de sua contração volumétrica. Além disso, recomenda-se incluir um volume de 5 a 10% maior do que o necessário para completo preenchimento do molde.
Quando tanto a superfície da peça em contato com a parede do molde quanto o interior da peça estão sólidos e resfriados, o molde se abre e a peça pode ser retirada manual ou automaticamente.
Quanto menor o tempo de resfriamento, mais rápido será o processo e consequentemente, maior será a produtividade. Porém, um tempo de resfriamento curto demais pode acarretar em problemas durante a retirada do molde ou afetar a vida útil da peça.
Extrusão
O processo de injeção plástica é um método de moldagem de materiais em que uma rosca pressiona matéria-prima polimérica fundida até preencher as cavidades de um molde metálico.
Já a extrusão plástica, trata-se de um processo de passagem contínua de material, que é conduzido por uma rosca para atravessar um perfil, o qual fornecerá a forma final dos produtos.
Os Ensaios Reológicos permitem entender a influência e relação entre os parâmetros de temperatura, torque, taxa de deformação e cisalhamento dos polímeros nos processos de injeção e extrusão plástica. Acesse o artigo para saber mais.
Sopro
A moldagem por sopro é utilizada com polímeros termoplásticos, para produção de peças ocas, como garrafas, latas e tanques.
Inicialmente, é produzida uma pré-forma injetada ou uma mangueira extrudada, a partir de um polímero, aditivos e cargas desejados, que será utilizada como matéria-prima para o processo de sopro. Em seguida, a pré-forma é inserida no molde, aquecida e soprada por ar comprimido até assumir o formato do molde.
Por fim, a peça é resfriada, endurece e é retirada, seguindo para acabamento ou distribuição. No caso de garrafas PET, o produto já sai finalizado, sendo levado diretamente para logística e venda.
Termoformagem
A termoformagem é um conjunto de processos de aquecimento de placas termoplásticas planas, pré-concebidas por meio da técnica de extrusão polimérica, utilizada para fabricar peças com o formato definido de um molde.
As principais técnicas de termoformagem são o vacuum forming, moldagem por pressão negativa, o vacuum casting, utilizada para protótipos de alta qualidade e o press molding, com uso de temperatura e pressão elevadas.
Rotomoldagem
A rotomoldagem (ou fundição rotacional, moldagem rotacional) trata-se de um processo de fabricação de materiais poliméricos utilizado para a produção de peças abertas ou ocas, geralmente de grandes dimensões.
A resina polimérica em pó é inserida dentro de um molde oco. Em seguida, o molde entra em rotação enquanto a resina é aquecida até o ponto de derretimento. Então, o polímero se solidifica, adquirindo a forma do molde.
Compressão
A moldagem por compressão é um método de moldagem utilizado para polímeros termorrígidos. O molde deve ser resistente ao desgaste e de preferência ter elevada dureza e resistência mecânica, a fim de suportar as solicitações do processo.
A técnica consiste na seleção e inserção do polímero na cavidade aberta do molde, o qual se fecha e recebe calor e pressão, até que o material seja curado. Em seguida, a peça é resfriada e retirada do molde, seguindo para o acabamento ou outros processos de produção.
Reciclagem
A palavra plástico vem do grego “plastikus”, que significa “adequado à moldagem”. Isso explica muito a estrutura e a capacidade dos polímeros termoplásticos de serem moldados quando aquecidos, permitindo sua reciclagem.
A reciclagem primária trata-se da reutilização sem reprocessamento. Na secundária, o material é desmembrado e remontado. Já na terciária, é reprocessado completamente. Na quaternária, é transformado em combustível.
Manufatura Aditiva
Funcionamento
O método funciona basicamente a partir de três etapas.
Primeiramente, é necessário realizar um projeto tridimensional em um software de CAD para definir os parâmetros de formatos e medidas da peça.
Em seguida, o arquivo em CAD deve ser exportado para um software de fatiamento, conhecido como slicer, em que o projeto tridimensional será dividido em camadas e transformado em arquivo G-code.
Por fim, o arquivo é enviado para a impressora 3D, que interpretará os parâmetros e fará a deposição de material de forma progressiva, até que o objeto seja finalizado.
Técnicas
Atualmente, existem quatro técnicas de manufatura aditiva:
- Estereolitografia (SLA): é a técnica em que a impressora 3D funde e solidifica seletivamente cada camada de resina polimérica através de feixes de laser ultravioleta (raios UV).
- Modelagem por Fusão e Deposição (FDM ou FFF): é o processo em que a impressora deposita por extrusão filamentos fundidos de matéria-prima polimérica, camada por camada.
- Sinterização Seletiva a Laser (SLS): é o método em que um feixe de laser de alta potência aglutina as camadas da peça de forma progressiva através da sinterização seletiva do pó polimérico ou, em alguns casos, até vítreo.
- Sinterização Direta de Metal a Laser (DMLS): é o procedimento em que o pó metálico é sinterizado, camada por camada, por um feixe de laser de alta potência, assim como no SLS.
Os materiais poliméricos mais utilizados no processo de Manufatura Aditiva são o ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno), Nylon e PLA (poli ácido lático). Além desses, o PC (policarbonato), PP (polipropileno), PS (poliestireno), PET (politereftalato de etileno) e o PEAD (polietileno de alta densidade) podem ser empregados.
São materiais interessantes para essa aplicação pois são termoplásticos. Assim, podem ser remoldados quando submetidos a aquecimento, devido às interações fracas em suas cadeias que se quebram sob aquecimento e se restabelecem sob resfriamento, em um processo que pode ser repetido várias vezes.
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Além disso, os polímeros termoplásticos são constituídos por duas fases: a estrutura cristalina, que confere resistência mecânica, e a estrutura amorfa, a qual confere a elasticidade à peça.