Processamento de polímeros: Extrusão e Injeção

Este texto tem o intuito de ajudar a compreender o processamento de polímeros utilizando processo de extrusão e injeção, e como aplicar na produção industrial cada um deles. Como podemos identificar qual caso pode ser mais ou menos vantajoso dependendo das nossas necessidades industriais, qual a escala do projeto é mais adequada para cada utilização ou acessibilidade de materiais já que estes são dependentes do mercado internacional. 

Decorrendo ao texto, iremos dar exemplos de produção de peças e de aplicações, auxiliando assim a sua decisão de definição sobre qual o melhor processo e o melhor momento para o investimento na aplicação escolhida utilizando da inteligência da engenharia de processos para tomada de decisões. 

História antiga  

O início do desenvolvimento dos primeiros revestimentos com polímeros tem mais de 100 anos e foram catalogados por volta do ano de 1912 com a aplicação na indústria automotiva. Diferente daquela época, hoje podemos encontrar polímeros aplicados desde peças industriais até roupas e calçados.

É de grande valia o crescimento considerável nos estudos dos polímeros, os quais agregam valor significativo ao desenvolvimento de novas maneiras de trabalhar e desferir utilizações para o material.

A resina polimérica deve passar por uma grande transformação para poder ser utilizada em seu produto final e para que este exercício atenda a demanda que é solicitada, tornou-se muito importante o processamento de polímeros e o desenvolvimento de maneiras para obtenção dos modelos solicitados. Nestes casos os dois processos largamente utilizados são a modelagem por injeção e a extrusão. Os quais respetivamente são utilizados por 30% e 62% das aplicações fabris. 

 

 

Processamento de polímeros: Resistência de materiais

Primeiramente devemos pensar sobre a aplicação desejada e os materiais que foram especificados no projeto. Ao refletir sobre a aplicabilidade dos polímeros industriais e seus desgastes no dia a dia, devemos relembrar alguns conceitos básicos sobre a resistência de materiais.

É imensamente válido e necessário refletir sobre os esforços axiais e transversos, momentos fletor e torsor antes de definir qual tipo de produção de peças será utilizado. 

Para isso vamos relembrar o que a Lei de Hooke e princípio de Saint-Venant nos estabelecem:

 

 

Lei de Hooke

Ao estudar algumas engenharias, somos apresentados a alguns princípios físicos largamente utilizados no dia a dia que passam despercebidos por pessoas de outras áreas. Digo isto pois muito se estuda quanto a resistência de materiais, pois ao projetar peças levamos em considerações vários princípios estudados nas faculdades.

Uma das mais utilizadas é a Lei de Hooke, a qual refere-se a força sobre o trabalho elástico de uma peça. Tal lei aplicada não só a materiais elásticos, mas também aplicada ao trabalho de deformação elástica de uma peça em sua utilização no dia a dia. Por exemplo, quando se aplica uma força X sobre uma mola, a mesma irá ter uma deformação, a qual dará origem a uma força elástica que tem a mesma direção da força externa, porém sentido oposto.

Levando em consideração a lei de Hooke, sabemos que a força maleável entrega o seu módulo igual à força que lhe é aplicada, portanto devemos respeitar este princípio para poder calcular toda a estrutura da peça e conter os pontos de pressão que podem gerar possíveis quebras, evitando assim retrabalho ao setor de projetos e a eventual parada da máquina durante a produção, gerando assim prejuízos incontáveis a diversos setores da cadeia produtiva. 

 

 

Saint-Venant

O princípio de Saint-Venant nos estabelece que nos locais onde a carga ou as restrições deverão ser aplicadas o nível de tensão a qual a peça irá atingir será elevado, o qual logicamente ao se afastar dessas regiões vai sendo difundido chegando próximo a zero. 

 

Resumidamente adequando as nossas necessidades e aplicando a prática, o princípio elabora que as tensões produzidas em peças por N motivos em pequenas partes de sua superfície quanto mais afastamos da força aplicada, menos tensão a peça sofre e consequentemente menor será a chance de deformação neste local. Sabendo deste princípio, podemos reduzir a complexidade dos problemas e dos projetos das peças, já que nos é fisicamente permitido tratar os conjuntos de forças que serão aplicadas considerando apenas as resultantes.

 

Tendo em vista tais princípios e garantindo que os mesmos serão respeitados na produção de suas peças, podemos partir para a procura do modelo de processamento que melhor vá atender as expectativas tanto da aplicação em si quanto da durabilidade e economia de material para a produção. 

É totalmente apropriado observar de dois a três modelos de modelagem de polímeros para garantir que foi possível utilizar a melhor abordagem 

As principais modelagens de polímeros atualmente são: 

  • Modelagem por Extrusão;
  • Modelagem por Injeção;
  • Modelagem via manufatura aditiva por fusão e deposição;

 

 

Injeção

Aplicação utilizada em produção dos mais variados tipos de peças, responsável por 12% da utilização que consiste em uma pré-forma de polímero, geralmente circular sendo introduzida ao molde e injetando-se gás, fazendo assim com que a matéria seja forçada em direção às paredes do molde, quase como um balão sendo estufado dentro de uma garrafa garantindo assim que a peça fique exatamente com o formato desejado.

A operação de fabricação via injeção, assim como a manufatura aditiva, possibilita a criação de peças plásticas com diversos formatos, tamanhos e complexidades de detalhes além de contar com uma alta tolerância de dimensionamento, por forçar ao material sob pressão dentro de uma cavidade.

 

Analogamente ao já citado processo de extrusão polimérica, o material é alimentado através de um funil, onde é efetuado o direcionado para o interior da máquina para preencher um pistão. Este pistão tem a função de transportar, aquecer para pasteurizar, misturar, homogeneizar e plastificar o material.

Ao final desse longo trajeto, o material polimérico é expelido pelo bico injetor encontrando-se com o molde. Com o auxílio de pressão contínua o molde é totalmente preenchido de material fazendo assim com que a peça tenha o formato desejado. Após o resfriamento que pode ser feito naturalmente ou de maneira mecânica aplicando água em seu entorno, a peça é ejetada. 

 

Podemos logo imaginar que este é um dos processos mais rápidos, sendo assim o fator chave para que o mesmo seja largamente utilizado na indústria de transformação. O referido processo traz consigo uma vantagem avassaladora de possibilidades de detalhes, podendo criar pequenas peças para utilização em reparos de máquinas de lavar por exemplo ou até mesmo roscas. 

 

Extrusão

Podemos dizer bruscamente, sem muitos floreios e detalhes técnicos que: O processo de Extrusão equivale a forçar a passagem de resina plástica derretida utilizando de pressão controlada para preencher espaços vazios, que são as chamadas matrizes ou mais popularmente conhecidas como moldes.

Estes moldes nos entregam uma variedade bastante grande de possibilidades de criação, porém ao mesmo tempo limitadas aos moldes disponíveis na empresa, uma vez que quando um polímero é fundido sobre a matriz acaba por modelar-se de maneira contínua, sendo uma boa opção para peças que necessitam de repetição de produção e não podem apresentar emendas.  

 

Podemos elencar alguns processos mais utilizados na indústria polimérica. São eles:

 

    • Extrusão: Responsável por 32% do mercado, funciona agindo na saída do cilindro, fazendo com que o material fundido encontre seu molde e assim deformando para dar o formato ao produto. Este processo necessita logo após a modelagem a calibração e o resfriamento, para então seguir para o corte. Utilizado na fabricação de canudos, mangueiras, canos entre outras situações que necessitem de uma fina camada circular envolvendo o produto final.  
  • Extrusão via manufatura aditiva:  Processo que vem ganhando bastante espaço no mercado atualmente e é visto como o ouro da indústria 4.0, funciona de uma maneira bastante peculiar: O material derretido é depositado lentamente camada por camada, processo este que inteligentemente auxilia na aderência das próximas camadas. Desta forma o processo continuamente imprime a peça até o seu estado final.

 

Com a manufatura aditiva temos a possibilidade de criar os mais variados tipos de peças, que vão desde protótipos de produtos, pequenos lotes de peças e até mesmo peças com grande nível de detalhes as quais podem ser utilizadas nas mais diversas aplicações, não limitando-se apenas a situações que não gerem estresse a peça, pois por ser uma manufatura via modelagem 3D, pode-se ser criada facilmente uma peça substituta. 

 

 

A decisão mais adequada

Tendo em vista os principais modelos de utilização dos polímeros, podemos agora definir qual será a aplicação mais adequada para cada caso de acordo com as especificações do projeto e de suas necessidades. Uma conversa franca com os setores pode criar novas oportunidades de economia e facilitação de trocas de peças para as manutenções, tendo em vista que os polímeros nos dão um grande leque de possibilidades de criação quando aliados a outros métodos como a já citada, manufatura aditiva. 

Contudo, é de suma importância olharmos para o futuro para analisar sobre o descarte destes materiais. Devemos não só refletir sobre qual deverá ser a aplicação mas o que faremos quando estas peças não possuírem mais valia para o processo e como muitas empresas já fazem, garantir o descarte adequado para cada situação, mantendo com isso a política correta de reciclagem de materiais, contribuindo não só com o aumento de produtividade da sua empresa ao decidir qual o melhor método para utilização dos polímeros mas também contribuir para um mundo melhor exercendo a sua cidadania dentro do seu ambiente de trabalho.

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