Curso Superior de Tecnologia em Processos de Polimerização CEFET BA. Injeção Prof a. Iara Santos

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1 Curso Superior de Tecnologia em Processos de Polimerização CEFET BA Injeção Prof a. Iara Santos 1

2 Conteúdo programático - Injeção Processo de injeção Conceito básico Industrias Principais características Tipos de máquinas; Definições; Processo de moldagem; Histórico; Idéias de maquinas; Evolução das máquinas; Partes da injetora (cilindro, rosca e bico de injeção e válvulas de não retorno e sistema de fechamento). 2

3 Introdução Cadeia produtiva Extração de Petróleo Refinaria ( Nafta, etc.) Petroquímica -1ª geração (eteno, propeno, butadieno, etc.) Produção de resinas 2ª geração (PE, PP, PB, PS, Nylon, etc.) Indústrias de Transformação 3ª geração (produtos acabados e semi-acabados, etc.) 3

4 Introdução Processamento de polímeros a principal função do processo é a transformação da matéria-prima em uma forma geométrica definida (molde ou matriz) por meio de resfriamento ou por reação química. Essência: operação de dar forma 4

5 Introdução Processos de transformação de polímeros: (termoplásticos, termofixos, elastômeros) EXTRUSÃO INJEÇÃO SOPRO CALANDRAGEM ROTOMOLDAGEM COMPRESSÃO TRANSFERÊNCIA TERMOFORMAGE M PULTRUSÃO SPRAY-UP HAND LAY-UP FILAMENT WINDING RIM ESPALMAGEM IMERSÃO 5

6 Introdução Variáveis de Controle Parâmetros operacionais Produto Final Equipamento Molde Matriz Material 6

7 Introdução Fluxograma básico de uma fábrica de transformação de polímeros 1. Materiais Polímero Aditivos 2. Compostagem 3. Processamento Reciclado Solidificação Mistura Moldage m Fusão Homogen eização 4. Acabamento Processo complementar Produto acabado 7

8 Introdução PROPRIEDADES IMPORTANTES NO PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS PROPRIEDADES TÉRMICAS Condutividade térmica Calor específico Difusividade Entalpia Temperatura de fusão Temperatura de cristalização Expansão e contração térmica Dissipação viscosa PROPRIEDADES REOLÓGICAS Viscosidade (cisalhamento, elongação) Elasticidade Viscoelasticidade Taxa de cisalhamento Tensão de cisalhamento Diferença de tensões normais 8

9 Principais Análises Injetora Instrumentada Netstal Processamento TWIN, try out de clientes 9

10 Principais Análises Injetora Battenfeld (TM750) + Moldagem Battenfeld por Injeção 1250de Corpos de Prova 10

11 Processo de Injeção Método de transformação de plásticos mais usado na indústria; Cerca de 35% dos artigos plásticos disponíveis no cotidiano das pessoas são por injeção; Processo caro -> complexidade da peça, quantidade a ser produzida e precisão 11

12 Injeção Máquinas injetoras e os moldes à redução de preços com a globalização; Empresas que utilizam => transformadores apresentando grande sofisticação; 12

13 Conceito básico É um processo no qual um cilindro aquecido, munido de uma rosca reciprocante, é alimentado através de um funil com material plástico em forma sólida, que, sofrendo aquecimento e trabalho mecânico (cisalhamento), converte-se num material fundido homogêneo. Material è pressionado pelo avanço da rosca para dentro do moldeà assumindo fielmente o seu desenho. Material sob resfriamentoà retorna ao estado sólido, possibilitando a sua ejeção com abertura do molde. 13

14 Industrias A industria de molde vem apresentando bom desenvolvimentoà para obtenção de melhores desempenho Industria de periféricos vem apresentando bom desenvolvimento: possibilidade de troca de moldes de forma automatizada, peças recém injetadas podem ser extraídas do molde através de robôs, a alimentação da materias-primas automatizadas. 14

15 Principais Características Taxas de produção elevadas; Peças com custo relativamente baixo/unidade; Produção de peças com boa precisão dimensional; Processo altamente suscetível a automação; As peças fabricadas não requerem acabamento; Podem ser produzidas peças com diferentes formas, tamanhos e cores para as mais variadas aplicações; 15

16 Principais Características Processo permite a fabricação de peças muito pequenas que, por outros métodos, seriam quase impossíveis de serem obtidas; Refugo mínimo: as perdas resultantes da partida da máquina, galhos e rejeitos podem ser reprocessadas; As peças podem ser moldadas com insertos metálicos e não metálicos. 16

17 Tipos de máquinas Injetora tipo rosca reciprocante: 17

18 Definições Injeção de plásticos: permite a fusão por aquecimento e solidificação por resfriamento Aquecimento do Polímero granulado àfusão (estado fluido ou pastoso) -> forçado por meio de um pistão, sob pressão para dentro de um molde. A peça moldada é resfriada abaixo da temp de amolecimento e o molde é aberto e a peça moldada extraída. 18

19 Processo de moldagem Intermitente; Dividido em etapas: alimentação, plastificação, enchimento do molde, resfriamento, abertura do molde e extração da peça; Método mais usado para transformação termoplásticos ; 35% dos artigos plásticos são por esse processo; Processo simples, rápido, preciso e econômico; Inúmeros fabricantes e tipos de injetoras disponíveis no mercado. 19

20 Histórico 1 ª máquinas à Indústrias metálicas européias em 1849; 1870 Hyatt usou uma m quina parecida para injetar celulose; 1910 Baekeland à injeção de resinas fenólicas; 1930 máquinas para termoplásticos ( PVC, PS e PEBD); A evolução dessas máquinas acompanhou toda a revolução industrial. 20

21 Idéias de máquinas 1926 Eckert e Ziegler Dynamit Nobel Co (alemanhã) construção primeiras máquinas de moldagem por injeção. capacidade 30 g 1932 Hans Gastrow de Ranz Braun AG à produção em série 1000 unidades até Spencer Palmer e Harry Simpson da Tennessee Eastman Co à projetaram 1ª injetora (230 g) 21

22 Evolução das máquinas injetoras Pistão de um estágio:pistão hidráulico que empurrava os grânulos do termoplástico, forçando-os a passar por um cilindro com um torpedo central, aquecidos, onde se fundiam. As peças apresentavam baixa resistência estrutural, pois além de p inj baixa, apresentava pequena compactação no molde. O termoplástico fundia-se de forma heterogênea, devido a sua baixa condutibilidade térmica, dificultando a sua entrada no molde. 22

23 Pistão de 2 estágios A massa fundida dentro do cilindro com torpedo central, passava por um junção aquecida entre o 1º e 2ºestágios, alojandose na câmara posterior no 2º estágio, sendo então empurrada pelo 2º pistão para dentro do molde. A massa ficava + homogênea à maior facilidade de preenchimento do molde e a peça apresentava melhor desempenho. 23

24 Injetora c/ rosca plastificadora Hans Beck e patenteado em ºprotótipo feira de Hannover em 1957 Máquinas de 1 estágio à a rosca transportava o plastificado para uma câmara à sua frente, através de sua rotação, e depois funcionava como pistão, empurrando-o para dentro do molde; Máquinas de 2 estágios à o 1º acondicionava a rosca plastificadora que, alem de plastificar, transportava-o para a câmara posterior do 2ª estágio, que continha um pistão que empurrava-o para dentro do molde. 24

25 Novos desafios Ciclos de operação longos; Necessidade de maior quantidade de peças no menor intervalo de tempo; Injetoras de um único estágio com sistemas automáticos de controle de processo e manuseio; Atualmente vários tipos de injetoras, diversas capacidades e tipos e cerca de 220 fabricantes de máquinas. 25

26 Partes da máquina injetora - Cilindro Cilindroàtubos de liga de NiCrCo; Superfície interna do cilindro à lisa e polida; Cilindro encamisado com elementos de aquecimento, dispostos para manter a uniformidade; Uso de Resist. Elétricas tipo cinta com isolamento cerâmico; O nº zonas de aquecimento de um cilindro pode variar de 3 até 9 zonas. Cada zona necessita um controlador individual no PC. 26

27 Partes da máquina injetora - rosca Roscas de aço inoxidável revestidas com material para aumentar a dureza. Funções da rosca: transportar e plastificar através de sua rotação. Funcionar como pistão para injetar o plastificado dentro do molde. Grande variedade de tipos de rosca específicas para cada termoplástico. 27

28 Divisão da Rosca ZA, ZC e ZD ZA: localizada abaixo da entrada do funil; finalidade pré-aquecer e transportar os grânulos sólidos. O núcleo da rosca tem o menor D e se mantém constante; o ângulo de inclinação dos filetes situa-se entre 15 e 20 28

29 ZC - Zona de Compressão ou plastificação Local onde se inicia a plastificação devido ao aumento constante D do núcleo da rosca, que irá comprimir e cisalhar a massa fundida e, com a diminuição do volume disponível dentre os filetes, eliminar o ar incluso entre os grânulos, que retorna e sai pelo funil. 29

30 ZD- Zona de Dosagem ou Zona de homogeneização Neste local os filetes possuem profundidade mínima e o diâmetro do núcleo é cte; nesta Zona a plastificação se completa e a homogeneização é máxima. 30

31 Relação L/D 12;1 ate 28;1 Termoplásticos à L/D Plásticos de engenharia à L/D intermediário. Plásticos de alta performace -> L/D 31

32 Taxa de compressão Relação entre os Volumes de um passo da rosca na região de alimentação e outro na região de dosagem. Prática; h do filete da rosca na alimentação / h filete da rosca na dosagem. Variação de 1,5:1 ate 4,5 :1 Quanto maior a taxa de compressão à maior calor gerado à maior atritoà maior trabalho mecânico. 32

33 Válvula de não retorno Dispositivos acoplados à ponta da rosca; Funçãoà impedir que o fundido retorne para a rosca, quando empurra a massa para dentro do molde. 2 tipos: tipo anel (mais recomendado) ou bola (excessivo cisalhamento) 33

34 Bico de injeção São dispositivos acoplados na ponta dos cilindros de injetoras, por onde passa o termoplástico plastificado antes de entrar na cavidade do molde. Função à ser o elemento de encosto e ligação entre a unidade plastificação (cilindro e rosca) e a unidade que contém o molde. O diâmetro do orifício do bico deve ser levemente menor que o D canal de fluxo da bucha do molde para evitar a ocorrência de problemas na extração do canal de alimentação. 34

35 Bico de injeção O aquecimento do bico de injeção deve ser feito por cintas, e o termopar deverá estar localizada o mais próximo possível do orifício de saída. O controle de temperatura no bico deverá ser bastante apurado, possuindo controle independente no PC. Geralmente o bico de injeção possui um válvula de retenção que evita o retorno do material fundido de dentro do molde para a rosca, após cessar a pressão de injeção e o recalque. 35

36 Unidade de fechamento Funções : fechar e abrir o molde; Ejetar o moldado e manter o molde fechado, de forma que não haja vazamento do material durante a injeção. Sistema de ejeção- constituído de placas e por pinos ejetores que deslizam mecânica ou hidraulicamente na parte traseira da placa móvel, extraindo o produto moldado. 36

37 Escolha da injetora O tamanho de uma injetora é definido por 2 parâmetros fundamentais: o peso total do injetado ( peça + canais) e a área total projetada da peça. Melhores resultados cujo o peso do injetado corresponda de 30 a 80% da capacidade da injetora, representada pela capacidade de plastificação da rosca. Capacidade < 30% à pode causar degradação do polímero fundido e > 80% -> abertura do molde no momento da injeção. 37