Conhecer as resinas plásticas é fundamental – Transformação de Plásticos

Conhecer o comportamento das resinas plásticas é fundamental para o sucesso da sua transformação, especialmente no caso das peças injetadas, no qual essa característica precisa ser dominada pelo projetista do molde, mas também pelos preparadores e reguladores das máquinas.

Quando essas características são desprezadas, as peças obtidas se apresentam com dimensões diferentes das esperadas. Explico por que a seguir.

No extenso universo da fabricação dos produtos plásticos, podemos identificar dois elementos principais: as resinas e os processos de transformação.

Entre as resinas plásticas (ou polímeros), podemos citar inúmeros materiais sintéticos agrupados em três grandes famílias:

  1. Commodities
  2. Plásticos de engenharia
  3. Materiais de alta performance

Cada um deles com propriedades e características diferentes e, além disso, modificados pela adição de um grande número de cargas e aditivos.

Resinas Plásticas – Quanto aos processos de transformação, os principais são:

  1. Injeção,
  2. Extrusão (de filmes, tubos, perfis, chapas, recobrimentos de cabos, granulação, multifilamentos, ráfia e outros)
  3. Sopro (convencional com auxílio de extrusora ou por injection-blow)
  4. Termoformagem a vácuo,
  5. Rotomoldagem,
  6. Compressão,
  7. Calandragem e outros.

Cada processo emprega ferramentas adequadas, a exemplo de moldes, cabeçotes, calibradores e outros periféricos que dão a forma final aos itens transformados.

As dificuldades encontradas para o processamento e as exigências com relação às propriedades e qualidade final se mostram cada vez mais rigorosas.

Nesta coluna, enfocarei o processo de injeção, o mais utilizado pela indústria, sem menosprezar os demais que são igualmente importantes, mas é o processo com o qual tenho mais familiaridade e experiência para compartilhar.

A fabricação de peças injetadas utiliza máquinas injetoras com características técnicas específicas, moldes de injeção cada vez mais complexos, que impõem a instalação de termorreguladores para operar adequadamente com alguns materiais de engenharia e de alta performance.

Além disso, são exigidos outros periféricos, como secadores, desumidificadores, alimentadores, moinhos e robôs, cada vez mais necessários para acompanhar a evolução da tecnologia.

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Resinas e Aditivos

Com relação aos polímeros, podemos dividi-los em duas famílias: os amorfos e os cristalinos.

Polímero de Estrutura Amorfa

Entre os materiais amorfos, podemos citar o poliestireno cristal (PS), acrílico (PMMA), policarbonato (PC), estireno-acrilonitrila (SAN) e o policloreto de vinila (PVC) que são transparentes porque suas moléculas no estado sólido se encontram desarranjadas, deixando espaços vazios entre elas e, assim, permitindo a passagem da luz, dando-nos a ideia de serem materiais transparentes, tal como o vidro.

Plástico Moderno, Polímero de estrutura amorfa
Polímero de estrutura amorfa

 

Polímero de Estrutura Cristalina

Os polímeros cristalinos são materiais opacos. Exemplificando, podemos citar os polietilenos (PE), poliacetais (POM), poliésteres como o polibutileno tereftalato (PBT) e as poliamidas 6 e 6.6 (PA), nos quais suas moléculas, no estado sólido, estão organizadas e arranjadas espacialmente na forma de cristais, por isso o nome cristalino, impedindo a passagem da luz e dando-nos a impressão de serem resinas brancas e opacas.

Plástico Moderno, Polímero de estrutura cristalina
Polímero de estrutura cristalina

A cristalinidade está relacionada com diversos fatores, como o grau de ramificações das moléculas, peso molecular, velocidades de resfriamento e temperaturas no molde, etc.

Podemos considerar, também, a quantidade de regiões amorfas ou cristalinas encontradas nos polímeros, pois nenhum material plástico é 100% amorfo ou 100% cristalino.

Sempre teremos regiões amorfas nos polímeros cristalinos e vice-versa, portanto se um polímero apresentar uma quantidade maior de regiões amorfas, ele será considerado um material amorfo e se tiver uma quantidade maior de regiões cristalinas será considerado um material cristalino, ou mesmo semicristalino (termo encontrado em algumas literaturas), dependendo da estrutura encontrada.

Plástico Moderno, Regiões amorfas e cristalinas de um polímero
Regiões amorfas e cristalinas de um polímero

 

 

Há alguns casos interessantes, como o poliestireno de alto impacto (PSAI) e o acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS).

Por serem materiais amorfos, deveriam ser transparentes, mas, na maioria das vezes, os encontramos opacos, sendo o PSAI branco e o ABS bege.

Tudo isso se deve à incorporação de elastômeros que podem ser adicionados a esses materiais e, assim, tiram a sua transparência, ocupando os espaços vazios de suas moléculas, porém, dependendo da tecnologia empregada para se produzir esses materiais e do elastômero utilizado, poderemos obter PSAI e ABS transparentes.

O mesmo se verifica com o PVC, que pode ser encontrado transparente, colorido, rígido ou flexível.

Nesse polímero, algumas cargas, aditivos ou pigmentos incorporados tiram sua transparência ao preencher os espaços vazios deixados pelas moléculas na estrutura amorfa, dando-nos a impressão de materiais opacos.

Temos ainda como exemplo, o PP, que é considerado um polímero cristalino (alguns autores o consideram semicristalinos), podendo ficar opaco, translúcido ou transparente, mas isso dependerá do tipo de resina que será empregada, aditivos incorporados para deixá-la transparente e principalmente da temperatura do molde e velocidade com que será resfriado o produto.

Uma das maiores dificuldades encontradas pelos processistas é conseguir regular o dimensional exigido nas peças, de forma estável e com tolerâncias precisas em torno de décimos, centésimos e até milésimos de milímetros.

E quanto menor a tolerância, maior será a dificuldade.

Isso se deve ao fato de as peças sofrerem contração ao serem retiradas das cavidades dos moldes.

Quanto mais quente saírem deles, maior deverá ser a contração e, consequentemente, suas medidas diminuirão, a ponto de ficarem menores do que as desejadas.

Caso a contração não se verifique conforme o calculado e planejado pelo projetista, isto é, se for menor, o produto sairá com as dimensões maiores do que as exigidas e em muitos casos até com parte das peças empenadas.

Isso ocorre, na maioria das vezes, nos casos em que o item possua paredes extremamente diferentes, ou seja, o mesmo produto contenha paredes espessas (grossas) e delgadas (finas).

Caso o projetista calcule a mesma contração para as duas espessuras, uma contrairá mais que a outra, não se conseguindo êxito nas dimensões e, ainda, gerando o problema citado, que é uma das causas, entre as diversas existentes, de empenamentos.

Vários fatores afetam diretamente as medidas das peças durante o processo, mas os principais são:

  • os tempos de injeção,
  • de resfriamento e de recalque,
  • as pressões de injeção e de recalque,
  • e as temperaturas do material e, principalmente,
  • do molde, sendo a refrigeração deste especialmente importante.

Quanto mais tempo o produto permanecer dentro da cavidade do molde, mais frio sairá dela e, portanto, menor será a contração da peça moldada.

Quanto maior a compactação, mediante a pressão e os tempos de injeção e recalque, também a contração será menor.

Porém, a refrigeração tem uma das maiores influências, pois quanto mais quente estiver o molde, maior será a contração da peça ou vice-versa, no caso da ferramenta estar gelada.

Temos outras influências ainda relacionadas aos moldes, por exemplo, o ponto de injeção.

Quanto maior o tamanho da entrada de material ou ponto de injeção, maior será a compactação e, consequentemente, menor será a contração.

Com relação às resinas, o fato dos materiais serem amorfos e cristalinos também influencia na contração das peças.

O projetista de moldes quando efetua o projeto de uma ferramenta, deverá conhecer o material que será injetado e também se essa resina receberá cargas, aditivos ou masterbatches, pois esses ingredientes também influenciam na ocorrência da contração.

 

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Resinas e Aditivos

A contração dos materiais amorfos em geral nunca ultrapassa 1% e a dos cristalinos são sempre maiores que 1%, chegando em alguns casos a 4%.

Porém, quando incorporados alguns aditivos como os plastificantes ao PVC – que mesmo sendo um polímero amorfo, pode ultrapassar os 2% de contração – e algumas cargas como fibra de vidro e talco podem reduzir a contração dos materiais cristalinos a 1% ou menos, dependendo da quantidade incorporada.

Temos como exemplo as poliamidas, que podem receber 10, 15, 20, 30 e até 50% de fibra de vidro. Neste caso, quanto maior a incorporação, menor será a contração, mesmo sendo um polímero cristalino.

O fato de os polímeros cristalinos contraírem mais que os amorfos se explica porque todo material no “estado fundido” ficará amorfo, portanto, a estrutura cristalina no estado sólido se encontra ordenada e arranjada, porém, quando se funde ao ser processada no cilindro de plastificação, suas moléculas começam a se movimentar e entram para o estado amorfo, criando espaços vazios entre elas e permitindo a passagem de luz, dando-nos a impressão de transparência e aumentando o seu volume.

Plástico Moderno, Transformação: Conhecer as resinas é fundamental
Canal de injeção de poliacetal (POM), que é cristalino, queimando; a região que está pegando fogo se mostra amorfa e a parte que não pegou fogo, cristalina

Ao ser a peça injetada dentro do molde, o resfriamento faz com que suas moléculas retornem ao estado cristalino, reduzindo seu volume e provocando a contração que é maior que no caso dos amorfos, nos quais as moléculas já estão desarranjadas no estado sólido, fazendo com que no estado fundido apenas se movimentem, aumentando também o seu volume, mas numa proporção bem menor que a verificada nos cristalinos.

Muitas empresas, por não terem esse conhecimento sobre polímeros, acabam projetando um molde para determinado material, por exemplo, para PSAI, porém acabam no meio do caminho alterando a resina para PP, por exemplo, por ter encontrado preços menores ou por outros motivos, e é nesse momento que as dificuldades aparecerão.

Caso se trate de uma peça técnica, na qual o aspecto dimensional é exigido, será muito difícil, chegar à medida desejada, isso sem contar a dificuldade que os preparadores e reguladores de máquinas, processistas e ferramenteiros encontrarão para retirar as peças do molde, principalmente se utilizarem o mesmo tempo de ciclo que era usado para o material original.

Esse tipo de situação é encontrada por muitos empresários que menosprezam o conhecimento do comportamento dos polímeros nas máquinas injetoras e que, ao se depararem com essa situação, acabam exigindo de seus técnicos que tirem peças boas e no dimensional desejado, culpando-os muitas vezes “por não saberem regular máquinas”.

No entanto, também por falta de conhecimento, estes profissionais não conseguem explicar a causa das dificuldades encontradas, que os impedem de retirar dos moldes produtos de qualidade e nas medidas exigidas.

É muito comum encontrarmos alunos, sejam preparadores de máquinas, encarregados, gerentes e pequenos empresários, familiarizados com essa situação nas empresas em que trabalham.

Depois de esse assunto ter sido abordado nos cursos de Injeção e de Polímeros, eles passaram a resolver vários problemas referentes ao comportamento dos materiais nas máquinas injetoras, sopradoras e extrusoras.

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Plástico Moderno, Alexandre Farhan é administrador de empresas e técnico em plásticos pelo Senai-SP, com 30 anos de atuação no setor. Atualmente, é diretor da Escola LF, especializada na formação de profissionais para a indústria de transformação plástica pelos processos de injeção, sopro e extrusão. www.escolalf.com.br - alexandre@escolalf.com.br
Alexandre Farhan

Texto: Alexandre Farhan é administrador de empresas e técnico em plásticos pelo Senai-SP, com 30 anos de atuação no setor.

Atualmente, é diretor da Escola LF, especializada na formação de profissionais para a indústria de transformação plástica pelos processos de injeção, sopro e extrusão.

www.escolalf.com.br

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Um Comentário

  1. Muito bacana, é sempre bom estar incrementando o conhecimento sobre o plásticos.
    Gostei muito, da matéria posta em sites que li uns dias atrais falando sobre o rearranjo molecular do PET, simplesmente incrível.

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