SEMINÁRIO

PALESTRAS APONTAM RUMOS E NOVIDADES DA INJEÇÃO

Profissionais apresentam máquinas, resinas e processos que aumentam as alternativas de produção de peças em plástico injetado

O Centro de Convenções da Unicamp, em Campinas-SP, abrigou em dezembro quase duzentos interessados no Seminário Técnico de Injeção, realizado pela Battenfeld do Brasil e a Rhodia Engineering Plastics, com apoio da renomada universidade estadual. O ciclo de palestras se estendeu por todo o dia e mostrou aos presentes que após as injetoras elétricas os novos desenvolvimentos concentraram-se na ampliação dos limites em que a injeção é viável, na melhoria das propriedades das resinas e em modificações que tornam as máquinas mais eficientes, precisas e econômicas. 

O engenheiro Marcos Cardenal, da Battenfeld, iniciou as exposições apresentando novas técnicas de injeção, a começar pela "última palavra em controle de recalque pelo molde", que permite a produção de peças com tamanhos e materiais antes impensáveis. A empresa desenvolveu processo (in mould pressure ou IMP) no qual o controle do recalque da peça, normalmente feito pela rosca, é realizado pela placa móvel do molde, que avança em ângulo com a placa fixa. Quando as partes superiores das placas se encostam e se inicia a injeção, a parte inferior da placa móvel ainda está a cerca de 8 cm da extremidade inferior da placa fixa, e se aproxima até ficar paralela.	Cuca Jorge
	Cardenal: de miligramas a quilos, injeção expande seus horizontes

Dez cilindros interagindo com dez censores de pressão posicionados dentro do molde exercem uma contraforça no momento em que a máquina imprime a força de fechamento, para que toda a extensão interna do molde tenha a mesma pressão. A força de injeção não atua no recalque, e quem o faz é a força de fechamento, quando as placas se alinham. 

A nova tecnologia foi vista pela primeira vez na NPE 2003, em Chicago, EUA, em uma injetora de fechamento de 2.000 t, mas Cardenal afirmou que máquina de tal porte foi necessária unicamente pela dimensão do molde, que produziu janelas automotivas de 1,20 m2 em PC. Caso o recalque fosse feito à maneira convencional, as tensões residuais inviabilizariam a aplicação: exposta ao sol, por exemplo, a peça se deformaria. 

Mas não é essa a única vantagem. "Uma peça dessa extensão em injeção convencional precisaria de 1.500 bar de pressão de injeção - não é a pressão hidráulica atrás do cilindro, é a pressão especifica no ponto de injeção. No IMP a pressão de fechamento cai para 200 bar, praticamente 15% da força de fechamento convencional necessária. Esse processo permite a injeção em máquinas de menor porte, contanto que o molde caiba nas placas", explicou. O processo já está sendo usado em outras peças com problemas de tensões residuais, como mesas e cadeiras.

De um extremo a outro - A expansão dos limites tecnológicos da injeção não contempla apenas as peças de grandes dimensões, mas também a produção de peças tão pequenas que suas massas podem ser desprezíveis em relação aos galhos. A microinjeção permite a produção de peças com massa de milésimos de gramas para aplicações médicas, microeletrônicas e micromecânicas. A dificuldade é controlar o peso dessas micropeças, pois, normalmente, o galho é 10, 20, 30 e até 50 vezes mais pesado. 

Uma das primeiras aplicações foi a produção de peças da Siemens para aparelhos auditivos de implante subcutâneo. A peça é injetada como inserto de um circuito eletrônico, em ambiente esterilizado, com molde de quatro cavidades e máquina de 5 t. O mecanismo de injeção precisa ser enclausurado; o ar, filtrado, e a resina, inerte. Cardenal também mostrou engrenagens de relógio pesando 0,008 g, dispositivos mecânicos de acionamento com 0,0034 gramas, e travas giratórias de 0,0067 g, para relógios de medição de corrente elétrica.

Peças de massa tão diminuta precisam de sistemas exclusivos de injeção, cujo objetivo é a qualidade impossível de se atingir em máquinas e moldes convencionais, nos quais os galhos repercutem na variação de peso. Uma das apresentadas possuía 5 t de fechamento, capacidade máxima de injeção de apenas 1,1 g, e fechamento elétrico, com precisão impressionantemente baixa: 0,01 mm. "O pessoal de processo, que regula abertura e fechamento, sabe o quanto é difícil fazer a máquina parar com precisão de 1 mm, 2 mm, ou 3 mm", comparou o engenheiro da Battenfeld.

A injetora possui placa rotativa (o molde também requer tecnologia alternativa de construção) e um sistema de injeção não convencional, com rosca de 14 mm, igual ao diâmetro mínimo para a plastificação dos pellets. Há um primeiro processo de plastificação, em que a resina entra em um pistão que controla a dosagem com alta precisão e envia a matéria-prima para outro pistão, só de injeção, que precisa operar em altíssimas velocidades (760 mm/s) para evitar a solidificação da peça antes de completo o molde. Por conta da alta velocidade de injeção, o robô que extrai as peças também é bastante rápido (velocidade de 1.500 mm/s), e precisa contornar a dificuldade de pegar peças tão pequenas em velocidades tão altas. 

A máquina serve a muitas aplicações médicas e outras em que não pode haver contaminação, às vezes em aplicações mecânicas em sala limpa, ou em sala "esterilizada" (na verdade, só o local onde ocorre a injeção o é), quando são necessárias peças sem poeira ou esterilizadas. Nesses casos, o robô não pode depositá-las em ambiente comum, então elas são colocadas em embalagens de blister, dentro da própria injetora, e seguem direto para a aplicação.

Após apresentar as últimas novidades em técnicas de injeção, Cardenal abordou a injeção multimaterial, já utilizada no Brasil há alguns anos. Nessa modalidade, injeta-se convencionalmente um primeiro material. Em seguida, o molde se abre, e pode girar, ou ser transportado por um robô, e se fecha novamente, para a sobreinjeção do segundo material (ver PM 345, julho de 2003, pág. 28).

Engenharia avança - Os debates prosseguiram com a apresentação de Cesar Gesteira, do departamento de marketing da Rhodia Engineering Plastics, discorrendo sobre a geração de poliamidas Technyl Star. Lançada em meados de 2000, a família alcançou proeza aparentemente contraditória: cadeias de baixo comprimento com alto emaranhamento.

As poliamidas 6 convencionais possuem cadeias lineares. Mas resistência mecânica em cadeias lineares demanda certo nível de emaranhamento, que por sua vez pressupõe cadeias de comprimento maior. Essas cadeias mais longas, contudo, acarretam maior viscosidade do fundido e limitam o processamento do plástico. A saída encontrada pela Rhodia foi a produção de resina com disposição radial das cadeias, que permite o emaranhamento com cadeias curtas, e conseqüentemente, menor viscosidade. 

De acordo com Gesteira, as poliamidas comuns têm comportamento pseudoplástico (sua viscosidade cai conforme aumenta a taxa de cisalhamento). Uma das vantagens da família Technyl Star é o comportamento mais linear, mais próximo do newtoniano. Na prática, a característica oferece processabilidade muito mais interessante. Em teste em molde em espiral, com mesma pressão de injeção e mesma temperatura, o comprimento de fluxo da Technyl Star é muito superior ao de uma poliamida convencional. 

A baixa viscosidade resulta em vantagens adicionais: tempo de ciclo reduzido em 20%, forças de fechamento 20% menores, redução de 30% nas pressões de injeção e temperaturas até 40oC menores. Tudo isso implica aumento de produtividade (mais peças em menos tempo), uso de máquinas de menor porte, ou máquinas de mesmo porte para peças maiores (desde que o molde caiba na máquina), e menor consumo de energia elétrica.

Sob o ponto de vista do desenho da peça, pode-se flexibilizar o design pela redução das espessuras e das nervuras em peças em que a limitação é a de preencher ou não o molde. "Há peças com parede de certa espessura só porque se fosse menor o molde não seria preenchido. Não tem nada a ver com solicitação", alertou Gesteira, lembrando que a resina também pode ser usada em peças maiores e com aspecto superficial melhor, devido ao recobrimento mais eficiente das fibras de vidro em materiais com carga.

Gesteira apresentou peça de cobertura de motor automotivo com 40% de carga mineral, tampa de comando de válvula com 35% de fibra de vidro, e um caso em que a poliamida com 65% de carga, usada em passador de carro, pode até substituir metal. "Uma poliamida com 60% de fibra de vidro atinge módulos de elasticidade quase tão grandes quanto os de um plástico especial como a poliarilamida. Esse nível de carga geralmente resulta em acabamento bastante ruim, mas a Technyl Star proporciona baixa rugosidade superficial", disse.

A evolução dos materiais de engenharia não se resume, entretanto, à modificação de polímeros já conhecidos. É crescente o uso de combinações de resinas diferentes, as blendas. Uma delas, a ABS/PA, encontra grande uso na indústria automotiva, e a Rhodia também tem um novo produto dessa categoria. A Technyl Alloy, em fase de nacionalização, nasceu de nova tecnologia de compatibilização entre ABS e PA, que normalmente não se misturam bem. A blenda pode ser processada com ou sem carga, em matriz de poliamida 66 ou poliamida 6. Em comparação com materiais destinados às mesmas aplicações, oferece ganhos de aspecto, densidade e processabilidade. 

A poliamida convencional é conhecida pelos problemas de estabilidade dimensional, por tratar-se de material semicristalino, vítima de contrações elevadas. O papel do ABS é reforçar a estabilidade dimensional, pois é amorfo, e também combinar sua tenacidade com a rigidez da poliamida, resultando em maior resistência ao impacto. A poliamida também é conhecida pela alta resistência e inércia química, mas isso é uma desvantagem quando se pensa em colagem ou pintura. Já o ABS, em matriz poliamida, serve como âncora de pintura e metalização.

A blenda já conquistou novas aplicações, entre elas, a fabricação de carenagem de scooters e motocicletas - a japonesa Suzuki aprovou o produto para uma das suas - mas há também outras, como a produção de patins, carcaças de eletrodomésticos e de eletroeletrônicos.

Resistir sem queimar - Outro desafio que se apresenta à engenharia de materiais é a produção de plásticos que combinem elevada resistência mecânica com outras propriedades, como retardância à chama e resistência a agentes químicos. A dificuldade reside na obtenção de propriedades específicas sem perda das propriedades mecânicas.

Por solicitação das indústrias de eletroeletrônicos, de automóveis e de bens de consumo, cresceram as exigências quanto à resistência à chama. Dentre as tecnologias disponíveis, as de compostos fosforados - boas propriedades térmicas e mecânicas, mas com janela de processo bastante estreita e corrosão do molde e do equipamento devido à migração dos compostos para a superfície da resina - e halogenados - operam com mecanismo de extinção de chama, tem janela de processo bastante ampla, mas são nocivos ao meio ambiente - estão sendo banidas das cadeias produtivas. Restam os compostos de melamina, ecologicamente corretos e capazes de produzirem grades V0 de acordo com a norma UL 94, mas com janela de processo estreita e inflamabilidade comprometida em presença de carga de fibra de vidro; e o hidróxido de magnésio, cujas propriedades mecânicas são muito boas, mas é pouco usado devido à alta densidade e comprometimento da viabilidade econômica das aplicações. 

Segundo Gesteira, a Rhodia oferece poliamidas sem retardante à chama aprovadas em teste de fio incandescente a 850oC e parede de espessura de 0,8 mm, adequada a tomadas e interruptores; poliamidas halogenadas com 25% a 30% de fibra de vidro, UL 94 V0 a 0,8 mm; copoliamida usada em conectores, isenta de halogênios e fósforo, UL 94 V0 a 0,4 mm; poliamida 66 com 20% de carga mineral sem fósforo ou halogênio, resistente à 960oC em 0,8 mm de parede, para microdisjuntores; e a poliamida Technyl Star, UL 94 V0 a 0,8 mm, com 30% de fibra de vidro, sem fósforo ou halogênios.

A Rhodia também desenvolveu linha de poliamidas resistente ao etilenoglicol, usado como fluido aditivo de água em radiadores automotivos, mas com o inconveniente de ser bastante agressivo à poliamida com fibra de vidro. Essas resinas possuem propriedades melhoradas perante o etilenoglicol, como tempo de vida até 75% maior, resistência mecânica depois do envelhecimento 60% maior, e resistência a picos de temperatura de até 160oC. As aplicações recaem principalmente no setor automotivo, em tanques de troca de calor do tipo radiador, e em carcaças de bombas de água, ou na entrada e saída de caixas de termostato.

Deixando de lado a injeção por alguns instantes, Gesteira finalizou sua apresentação anunciando dois lançamentos: o primeiro, uma poliamida 6 sem carga, ou com 15% de fibra de vidro, para sopro (em 2004 devem chegar outros grades de poliamida 6 e 66 para sopradoras, algo não muito comum para a resina) em aplicações como dutos de ar e de abastecimento de combustível, e o segundo, uma nova poliamida para rotomoldagem, destinada a peças como recipientes para agroquímicos, combustíveis, solventes, painéis, dutos e carcaças.

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