SEMINÁRIO

Eliminar o rechupe - De volta ao palco, Marcos Cardenal, da Battenfeld, retomou as apresentações abordando a injeção auxiliada por gás e água. Segundo ele, o uso de gás é o mais difundido no País, provavelmente concentrado na Zona Franca de Manaus, mas a primeira patente remonta ao início da década 70, na Alemanha, quando transformadores locais enfrentavam dificuldades para injetar saltos de sapatos femininos. Mas, afinal, por que são necessários fluidos que auxiliem a injeção de plásticos?

A técnica de injeção auxiliada surgiu para eliminar um dos problemas clássicos da injeção: a contração volumétrica, ou o popular rechupe. No caso de gás, o equipamento consiste de um gerador de N2, um compressor e válvulas para controlar a entrada do fluido. O processo é conceitualmente semelhante à coinjeção tradicional: a resina preenche a cavidade do molde parcialmente e depois é injetado o fluido auxiliar, pelo bico de injeção ou por agulhas apropriadas (no caso do gás), ou exclusivamente por agulhas (caso o fluido seja a água). À medida que o material em contato com parede do molde começa a solidificar, o material pastoso em seu interior é empurrado pelo fluido auxiliar até que a cavidade seja completada.

Mais que forçar o preenchimento da cavidade, é função do gás realizar o recalque e compensar a contração volumétrica, que acontece apenas do lado de dentro da peça. "A principal vantagem da injeção auxiliada é a qualidade. Ela elimina rechupes, diminui deformações, aumenta a resistência à flexão em alguns casos e reduz o peso e o tempo de ciclo, pois o fluido ajuda a refrigerar o molde". O engenheiro listou uma série de exemplos de aplicação, como puxadores de geladeira em ABS, maçanetas e seguradores de teto de automóveis. Cardenal também mostrou algumas aplicações mais técnicas, como monitores de televisão, drives de DVD (paredes finas), e puxadores de fogão, uma das aplicações mais críticas, pois são confeccionados em baquelite, uma resina termofixa.

O uso de água, em relação ao gás, diminui os custos de produção, devido ao efeito mais intenso de refrigeração do molde, até dez vezes maior. Outra vantagem é a cristalização da matéria-prima mais adequada, com paredes interiores relativamente lisas, o que permite a fabricação de dutos. Além disso, são possíveis peças maiores e boa distribuição de matéria-prima nas paredes em curva. 

A limitação reside no preenchimento de peças com curvas, pois o fluxo é tão turbulento que arranca o plástico já congelado nessas regiões. O efeito é tão violento que inviabiliza o uso de água em peças de espessura inferior a 3 mm ou 4 mm (o gás é compressível e atende bem paredes de até 0.8 mm). 

O equipamento utilizado é similar ao de gás, à exceção do gerador de N2, desnecessário. A água é a industrial convencional, mas caso se utilizem algumas poliamidas é preciso aquecimento, devido à cristalização do material. "A resina não polui a água, pois, devido ao choque térmico e à velocidade do fluido, forma-se uma película no contato resina/fluido", explicou Cardenal.

Apesar das vantagens, o processo de injeção auxiliada por água ainda é relativamente novo e alguns parâmetros, como a cristalização do plástico, ainda não foram suficientemente esclarecidos. "O processo não substitui a injeção auxiliada por gás, mas a complementa", alertou o engenheiro da Battenfeld. A técnica a gás é de vasto domínio e conta com cerca de 2.500 empresas - a cifra é crescente - adeptas no mundo.

Como otimizar - A geometria da peça, o molde, a matéria-prima, a injetora e o método (maneira como o operador manipula a máquina e conduz sua parte no processo) são os fatores cujas variáveis podem arruinar ou laurear a fabricação de um produto injetado. 

Segundo Cardenal, há indicações em estudos alemães de que 70% dos custos da peça injetada e pronta são determinados na fase de desenvolvimento do projeto. Esses levantamentos mostram que, se o custo de eliminação de uma falha no projeto é 1, o de correção quando o molde já está acabado é 100 e quando a peça já está em uso é 1.000. "Os estudos de CAD e CAM são caros, mas valem a pena", receitou Cardenal, acompanhado por Marcos Vinholes, da área de desenvolvimento e serviço técnico da Rhodia Engineering Plastics: "A simulação do processo de injeção é uma ferramenta muito útil na etapa de projeto", ponderou.

As dicas de otimização recomendadas pelos profissionais foram muitas. A primeira consideração importante no projeto e na concepção da peça é espessura de parede. A busca da menor possível é receitada, mas restringida por dois fatores: a processabilidade do material e a resistência mecânica do produto. Matérias-primas com alta fluidez, ou autolubrificação são preferíveis.

A otimização no molde é regida pela sua refrigeração. Estudos alemães mostraram que em média pode-se reduzir o tempo de ciclo em 15% em processos já existentes. Também é fundamental esperar-se a estabilização da temperatura em estudos de otimização. A temperatura da massa fundida dificilmente é exibida pelo termômetro. Durante a plastificação, o material é aquecido pela condução de calor das resistências do canhão e por atrito, sendo por isso mais adequado o controle de temperatura da massa, e nunca da resistência elétrica.

Muitas vezes o transformador não consegue injetar com a temperatura recomendada pelo fabricante da resina devido a termopares descalibrados. As máquinas modernas têm sistema eletrônico de controle de temperatura bastante precisos. Em máquinas antigas equipadas com pirômetro é comum a oscilação da temperatura, pois os pirômetros desligam quando se atinge o setpoint, depois religam quando a temperatura diminui, e permanecem oscilando, com conseqüências para o processo. É possível atualizar para pirômetros com controle eletrônico, muito melhores que os antigos e não muito caros.

Outro alerta: altas temperaturas podem degradar a resina, ocasionando manchas no material. O problema pode ser a descalibração do controle de temperatura, tempos de residência por demais elevados, máquinas muito grandes, ou ciclos muito longos. Caso a resina requeira secagem, é inadmissível o esquecimento dos pellets na estufa, um erro comum, segundo Vinholes. A umidade em materiais plásticos provoca variação no processo, sem consistência de ciclo a ciclo, gotejamento, perda de aspecto visual, manchas, e, mais grave, perda de resistência mecânica. O nylon, por exemplo, sofre de todos esse males. Resinas específicas têm requisitos específicos de secagem. Um sistema desumidificador é uma boa saída, pois opera em sistema fechado e não sofre influência das condições ambientais.

Além de suas funções específicas, (alimentação, plastificação e homogeneização), a rosca deve proporcionar aumento de pressão suficiente para expulsar o ar de volta para o funil. O ponto ideal da plastificação está entre 35% e 80% da capacidade de injeção teórica da máquina, bem como em roscas com 22LD (relação entre comprimento e diâmetro da rosca) e área igual a cinco vezes o diâmetro. A capacidade de injeção pode ser expressa em gramas de PS (materiais diferentes terão valores diferentes).
Outro parâmetro importante da plastificação é a contrapressão. É uma das formas de aumentar o fornecimento de calor para o plástico, que também aumenta a capacidade de plastificação e melhora a dispersão de pigmentos. Em excesso pode degradar a resina. 

A tentação de fazer a dosagem de matéria-prima rapidamente é grande, mas as tentativas costumam ser infrutíferas. Pode-se submeter o polímero a cisalhamento demasiado, degradando-o. No caso de resina carregada com fibra de vidro, ocorre rompimento das fibras, prejudicando a resistência da peça. Uma alternativa pode ser a dosagem simultânea a outros movimentos. A dosagem simultânea com acionamento elétrico por servomotor está se tornando comum em máquinas para PVC, segundo Cardenal. 

O tempo ótimo de recalque pode ser estimado por sucessivas medições do peso de peças sem o galho, obtidas em tempos de recalque crescentes. Há tendência de crescimento do peso conforme o aumento do tempo de recalque, mas existe um valor a partir do qual o ponto de injeção sela, e mesmo com o aumento da pressão não há como injetar mais resina no molde. A partir deste ponto, considerado o ideal, o peso da peça se estabiliza.

O desgaste da rosca acontece por três motivos: abrasão, corrosão ou adesão. O primeiro é obra de componentes duros (pigmentos, fibra de vidro, antichama) e causa desgaste principalmente na zona de transição, na área de compressão da rosca. A corrosão é comumente causada por aditivos corrosivos, ou por produtos da degradação do plástico, como o PVC e PC. Na adesão, o vilão tradicional é o PC: se a máquina não for limpa, quando for novamente ligada a resina se contrai, e pode até arrancar pedaços do equipamento. Uma rosca desgastada aumenta o tempo de plastificação, diminui o rendimento, provoca homogeneização ineficiente e cria risco de desprendimento de partículas metálicas e variação de peso.

Defeitos nas peças - Também foram discutidos alguns dos defeitos corriqueiros nas peças, que atribulam a vida dos transformadores. Muito comuns, os pontos pretos refletem porções carbonizadas de matéria-prima expostas em excesso ao calor. As causas variam de pontos de desgaste no molde (regiões mortas onde o material permanece por muito tempo) a temperaturas muito altas, canhões muito grandes e sujeira.

O defeito conhecido como jateamento ocorre na etapa de preenchimento do molde, causado por velocidade muito alta em seu interior. Acontece o esguicho do material em pontos de muita velocidade e caminho muito estreito. A solução passa pelo aumento ou mudança dos pontos de injeção e pela redução de velocidade. 

O efeito diesel ocorre em moldes sem saída de gás. Comprimido, o gás esquenta, queima e marca a resina. O problema acontece sempre no mesmo local, pois o gás fica aprisionado no mesmo lugar e pode até a danificar o molde. Saídas de gases ou injeção lenta, com tempo suficiente para a saída do gás, contornam a situação.

A marca digital, também conhecida como casca de laranja, ou pé de galinha, surge quando a resina não consegue desenvolver frente de fluxo adequada, e forma casca grossa de material congelado. Evita-se o problema com melhor fluidez do plástico, maior velocidade ou aquecimento do molde e do material. A baixa fluidez também pode provocar a concentração das fibras de vidro na frente de fluxo e o depósito na superfície da peça. Matérias-primas muito carregadas precisam ter baixa viscosidade. 

Corte nos custos - Uma questão apresentada e que merece atenção reside na diminuição de custos relacionada ao tempo de ciclo e ao consumo de energia. 

Para estudar o consumo de energia elétrica e comprovar a economia de bombas de pressão variável e controle eletrônico de pressão, a Battenfeld avaliou, com a ajuda da Eletropaulo, um apanhado de máquinas de três gerações diferentes, todas na faixa de 200 t e ciclos de 10 a 15 s. Foi calculado o consumo de energia teórico de uma injetora ideal (com eficiência de 100%, sem desperdício de energia) e a esse número foi atribuído o valor 100. As máquinas elétricas, com movimentos acionados por servomotores, teriam consumo igual a 115 (isto é, 15% maior que o ideal); máquinas hidráulicas com bombas de vazão variável e controle eletrônico de pressão consumiriam 40% a mais; injetoras de dez anos com bombas de vazão fixa, 70%; e máquinas antigas, com bombas desgastadas e problemas de manutenção, consumiriam 80% a mais.

Ou seja, as elétricas são as campeãs em eficiência. Nem por isso, a alardeada redução de economia de 80%, repetida em profusão pelos fabricantes é fidedigna: o dado refere-se à comparação a maquinas obsoletas, com mais de 15 anos. Ainda mais, no universo pesquisado, o consumo de energia representa apenas 5% do custo de fabricação da peça, mas a matéria-prima, 50%. Por isso, as peças são feitas em paredes cada vez mais finas, para economia de matéria-prima e redução do tempo de ciclo. Com base nas pesquisas alemãs, Cardenal disse que em muitas vezes o maior potencial de redução de ciclo está relacionado ao tempo de resfriamento: em média, 13% do tempo total passível de diminuição está na refrigeração. Os mesmos levantamentos feitos pela Battenfeld, com auxílio da Eletropaulo, mostraram o gasto de energia de cada função da injetora: abrir e fechar, 20%; extração e machos, 10%; aquecimento, 15%; injeção, 10%; recalque, 15%; dosagem, 25%; e tempo de resfriamento, 5%. 

A perdulária é a dosagem. Por esse detalhe, diz Cardenal, as máquinas híbridas (injetoras hidráulicas com acionamento de dosagem elétrico), na faixa de tamanho de 300 t a 1000 t, estão cada vez mais populares. Capazes de executarem movimentos simultâneos, elas podem dosar enquanto o molde se abre ou se fecha, reduzindo o gasto do maior consumidor. 

Próxima >>>