MOLDAGEM POR SOPRO. Carlos Henrique Scuracchio. UFSCar São Carlos - Setembro de 2015

Transcrição

1 MOLDAGEM POR SOPRO Carlos Henrique Scuracchio UFSCar São Carlos - Setembro de 2015

2 Processamento de Materiais Poliméricos Termoplásticos Processos mais importantes Outros processos utilizados Extrusão (linhas de extrusão) Termoformagem Injeção Moldagem por Sopro (extrusão - sopro e injeção - sopro) Calandragem Rotomoldagem Moldagem por compressão Moldagem por vazamento Outros

3 Produção de produtos ocos (principalmente, mas não só, garrafas) e com paredes relativamente finas Propriedades importantes são a viscosidade do polímero, resistência do fundido, viscosidade elongacional Processo dependente de uma etapa anterior (extrusão ou injeção) Pré forma ou Parison

4 Distribuição do Mercado de Máquinas de Transformação de Plásticos, no Brasil Injetoras Extrusoras "Sopradoras" Outras

5 PROCESSAMENTO DE MATERIAIS POLIMÉRICOS PROCESSAMENTO DE TERMOPLÁSTICOS A MOLDAGEM POR SOPRO pode ser realizada: Em uma só etapa (Extrusão + Moldagem por sopro) (sempre uma etapa neste tipo de processo) (Injeção + Moldagem por sopro)

6 Em duas etapas: Injeção: fabricação da pré-forma (ou preforma ) por Injeção, totalmente separada da operação de sopro Sopro É a modalidade importante para a Injeção - Sopro

7 As etapas básicas são comuns a todas as diferentes variações do processo e consistem de três estágios básicos: 1. Fusão e plastificação: pode ser realizado tanto por extrusão ou injeção, para produzir o fundido; 2. Conformação da pré-forma (injeção) ou parison (extrusão): através da matriz de extrusão ou do molde de injeção 3. Sopro e conformação: um compressor auxiliar fornece a pressão necessária para o sopro e uma unidade de fechamento do molde é operada por um sistema hidráulico

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9 Em resumo: Extrusão e sopro Uma etapa Injeção e sopro Uma etapa Duas etapas

10 OBSERVAÇÃO Os tipos de processo de moldagem por sopro anteriormente mencionados podem ter alterações, como por exemplo: obtenção de produtos em camadas ( multicamadas ) estiramento antes da etapa (ou estágio) de Sopro; nestas variações são denominados: ESBM - Extrusion Stretch Blow Molding ISBM - Injection Stretch Blow Molding (praticamente obrigatória neste caso)

11 Moldagem por Extrusão-Sopro

12 EXTRUSÃO MOLDAGEM POR SOPRO (sempre uma etapa ou único estágio)

13 Um cilindro ou um tubo de polímero aquecido, designado por parison (mangueira aquecida), é colocado entre as paredes de um molde. O molde é fechado prendendo as extremidades do cilindro e injeta-se ar comprimido que força o polímero contra as paredes do molde. Portanto, é um processo de moldagem por sopro que utiliza pressão de ar para conformar o polímero fundido na cavidade do molde.

14 Moldagem por Sopro Extrusão do parison Deposição do parison dentro de um molde de sopro Sopro do parison contra as paredes do molde Resfriamento e extração e acabamento Materiais mais utilizados: PEBD, PEAD, PVC, PP e PET ou ainda coextrusão com PVDC e EVOH.

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16 Moldagem por Sopro Cabeçote de fluxo axial 1- Alimentação- peça de conexão entre o cabeçote e a extrusora, permitindo o fluxo do fundido entre ambos os elementos 2- Anel de suporte-elemento que promove a sustentação do torpedo 3- Torpedo- realiza a distribuição da massa fundida auxiliando a sua homogeneização 4- Matriz pode ser fixada por cruzetas

17 O processo de formação do parison extrusão-sopro pode ser em contínuo ou intermitente.

18 Um dos principais problemas, principalmente para recipientes grandes é o escoamento do parison fundido pela ação da gravidade (variação da espessura) Uso de material com baixo índice de fluidez!!!

19 MOLDAGEM POR EXTRUSÃO-SOPRO Muitos dos recipientes, com diferentes dimensões, produzidos na moldagem por extrusão - sopro são utilizados em vários segmentos, incluindo a indústria alimentícia, para a embalagem de produtos sólidos e líquidos. Recipientes de grande porte, por exemplo, com capacidade de 180 litros (45 galões) são produzidos na moldagem por extrusão - sopro.

20 Vantagens do Processo de Extrusão-Sopro 1. Possível moldar pecas com alças e furos 2. Processo preferido para recipientes muito grandes Desvantagens do Processo de Extrusão-Sopro 1. Baixa uniformidade de espessura das paredes 2. Tolerâncias dimensionais precisas difíceis de se conseguir 3. Relativamente baixa acuracidade de detalhes superficiais 4. Produção de rebarbas

21 EXTRUSÃO - MOLDAGEM POR SOPRO (ou MOLDAGEM POR EXTRUSÃO-SOPRO) Processo muito utilizado na fabricação de garrafas, frascos, tambores, bombonas, tanques de gasolina, etc. (artigos ocos com gargalos/ abertura). É muito empregado para os seguintes termoplásticos: polietileno de alta densidade, polietileno de baixa densidade, polietileno linear de baixa densidade, polipropileno, PVC, policarbonato, ABS, PET-EX; PETG.

22 MOLDAGEM POR EXTRUSÃO -SOPRO

23 MOLDAGEM POR EXTRUSÃO- SOPRO

24 Garrafas para Leite

25 Garrafas produzidas com termoplásticos contendo pigmentação especial e/ou impressão especial

26 MOLDAGEM POR EXTRUSÃO - SOPRO

27 MOLDAGEM POR EXTRUSÃO- SOPRO

28 MOLDAGEM POR EXTRUSÃO - SOPRO

29 Etapa de Dosagem do Material pela Extrusora Moldagem por extrusão e sopro pode ser dividida em dois tipos: Processo contínuo: - O parison é continuamente extrudado e o molde (ou conjunto de moldes) coleta os parisons Processo intermitente ou com acumulador: - a extrusora ainda funciona de modo contínuo, porém há um acumulador no cabeçote responsável por coletar uma certa quantidade de material que será posteriormente forçado a passar pela matriz por um pistão, na quantidade exata para o sopro. - Comum para peças grandes (até aproximadamente 60 kg)

30 Moldagem por Extrusão-Sopro Recipientes: 1cm 3 até 300 litros Peso do parison afeta a própria deformação necessário rapidez Cabeçote com acumulador

31 Moldagem por Sopro com Acumulador

32 Vantagens do processo com acumulador - Possibilita a fabricação de artigos moldados grandes - Permite formação do parison em altas velocidades, evitando a deformação de parisons grandes pela gravidade. Porém: -Altas velocidades de cisalhamento provocam: fratura do fundido e inchamento do extrudado (defeitos devidos a vazão e taxas de cisalhamento muito altas)

33 Na Moldagem por Extrusão e Sopro objetiva-se: - Não deixar o parison escoar excessivamente - Manter a temperatura do parison - Reduzir o tempo do ciclo

34 Além do acumulador com pistão, também é possível utilizar uma rosca recíproca na extrusora (processo semelhante ao de moldagem por injeção)

35 Sopro em Multicamadas (co-extrusão)

36 Sopro em Multicamadas (co-extrusão)

37 Garrafa Coextrusão/Sopro (com polímero reciclado na camada intermediária)

38 MOLDAGEM POR COEXTRUSÃO SOPRO 1.suporte 2.adesivo 3.barreira 4.adesivo 5.suporte

39 Moldagem por Sopro Parison - Parison é formado pela matriz - Parison é abraçado pelo molde e cortado - Bico encaixa no molde e sopra - Resfriamento da peça - Molde abre e o recipiente é ejetado

40 A matriz pode ser divergente ou convergente, dependendo do tipo de máquina e peça a ser produzida.

41 Mecanismos de sopro - Pinos: frascos ou corpos de grandes volumes - Agulhas: produtos de baixo volume Funções: - Expandir o parison contra o molde - Exercer pressão no parison para produzir detalhes da superfície - Auxiliar no resfriamento

42 Pressões e Velocidades -Pressão para produção do parison depende do material, da temperatura do fundido, da perda de pressão dentro do cabeçote e da abertura do bocal -Importante controlar a viscosidade do fundido para não forçar os lábios da matriz que resultaria em perda de controle do programador. -Velocidades lentas: alongamento do parison, distribuição defeituosa, cristalização parcial na superfície, acabamento superficial inferior.

43 MOLDE PARA EXTRUSÃO-SOPRO CONSISTE EM DUAS METADES QUE QUANDO ACOPLADAS, FORMAM UMA OU MAIS CAVIDADES. OS MATERIAIS UTILIZADOS PARA A CONFECÇÃO DE UM MOLDE DEPENDEM BASICAMENTE DA SUA VIDA ÚTIL. MATERIAIS MUITO UTILIZADOS: LIGAS DE ALUMÍNIO FUNDIDO, ZINCO,COBRE-BERÍLIO. Não envolvendo grandes pressões, o molde pode ser feito de materiais menos resistentes mecanicamente, ao contrário do que acontece, por exemplo, com a moldagem por injeção Porém é importante que o material do molde tenha uma boa condutividade térmica (resfriamento rápido)

44 MOLDE PARA EXTRUSÃO-SOPRO

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46 Partes Básicas do Molde

47 Razão de sopro = diâmetro médio da peça diâmetro médio do parison Quanto maior a razão de sopro, maior a diferença entre a espessura inicial do parison e a espessura da parede da peça pronta.

48 Problemas que podem ser gerados por cantos vivos durante a moldagem.

49 Deve-se evitar cantos vivos no molde para sopro, principalmente para peças grandes => gera regiões com espessura muito fina e frágil Quanto maior a razão de sopro média, mais adequado é o uso de ângulos grandes em relação à direção perpendicular do parison e raios maiores nos cantos (ambos limitados pelo projeto).

50 Exemplo: garrafa de leite

51 Geometrias Complexas: as diferentes regiões podem ter razões de sopro diferentes

52 Dependendo da geometria do recipiente, a razão de estiramento do material pode variar bastante de ponto a ponto da peça durante o sopro.

53 Nestes casos muitas vezes é interessante que a cavidade do molde seja menor que o diâmetro do parison, diminuindo a razão de estiramento total: Porém: Maior geração de rebarbas. Maior retrabalho

54 REFRIGERAÇÃO DO MOLDE

55 MOLDAGEM POR EXTRUSÃO-SOPRO COM ESTRANGULADOR E PRODUTO COM ALÇA

56 MOLDAGEM POR COEXTRUSÃO - SOPRO Frasco com camadas de PP e de HDPE Frasco de três camadas

57 Tanque de Combustível Coextrusão / Sopro Fonte: Bekum, Germany

58 Moldagem por Extrusão - Sopro 1) Programação do Parison É um método para controle de espessura da parede e peso do artigo soprado Vantagens: redução de custo, otimização da produção, melhoria na resistência ao impacto e redução de peso. Pode ser utilizado tanto para peças com variação de diâmetro como para compensar o efeito de variação de espessura pelo escoamento do parison antes do fechamento do molde e sopro (sagging)

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60 Sistema onde um dispositivo eletrônico de programação controla outro dispositivo hidráulico O embolo do cilindro hidráulico é conectado a uma bucha que movimenta abre ou fecha a abertura do lábio da matriz e assim modifica a espessura da pré-forma Servo amplificador e servo válvula

61 MOLDAGEM POR INJEÇÃO SOPRO POLÍMERO MUITO IMPORTANTE NESTE PROCESSO: PET gg - Poli(tereftalato de etileno) grau garrafa

62 EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DO PET

63 EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DO PET - POR SEGMENTO Bebidas Carbonatadas Água Mineral Óleo Sucos, Chás e Bebidas Isotônicas

64 Processos de Injeção-Sopro: um ou dois estágios 1 estágio Injeção + Sopro PET 2 estágios Injeção Sopro 1 ESTÁGIO: injeção e sopro são operações realizadas na mesma máquina 2 ESTÁGIOS: injeção e sopro ocorrem em máquinas diferentes (podendo estar em locais bem distantes)

65 Vantagens do Processo de Injeção-Sopro 1. Ausência de rebarbas ou sobras no processo de sopro (porém na injeção da pré-forma existirão os galhos de injeção) 2. Alta qualidade dimensional do bocal (geralmente rosca) e de detalhes. 3. Baixíssima ou inexistente variação de massa entre peças 4. Menor custo para garrafas de grande volume.

66 Desvantagens do Processo de Injeção-Sopro 1. Custo do maquinário maior que da extrusão-sopro 2. Formato das garrafas são limitadas a uma razão de largura/espessura de 2:1 e razão de estiramento não maior que 3:1 3. Não é possível fabricar garrafas com alças.

67 (INJEÇÃO - MOLDAGEM POR SOPRO) (em uma etapa; não é a modalidade mais importante para INJEÇÃO-SOPRO)

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69 Injeção sopro em 1 estágio Etapa1: Injeção A resina é injetada pela rosca recíproca na cavidade do molde. A temperatura da préforma é condicionada. É aqui que o formato preciso do bocal é produzido. Etapa2: Sopro Depois de rotacionar a pré-forma 120º o molde de sopro fecha. O bocal é fixado enquanto a pre-forma é soprada até o formato final e resfriada. Epata 3: Ejeção Nova rotação de 120º até a posição onde o frasco é removido do molde. Todos os estágios ocorrem simultaneamente com o ciclo sendo normalmente determinado pela injeção da pré-forma (geralmente a etapa mais demorada)

70 INJEÇÃO MOLDAGEM POR SOPRO Em duas etapas: modalidade extremamente mais importante para INJEÇÃO-SOPRO (até o final da aula)

71 Necessário bom processo de secagem

72 Esquema do processo de sopro de garrafas em duas etapas - Ilustração da primeira etapa Etapa n 1 Injeção da préforma Granulos de PET Préforma Préforma

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74 Molde e Injetora de pré-formas: primeiro estágio do processo de INJEÇÃO-SOPRO (para o PET)

75 Injeção das Pré-formas A resina PET pós-condensada apresenta elevado grau de cristalinidade (60%) e, por isso, é opaca. Em um resfriamento rápido e sob a aplicação de tensões, pode-se atingir um bom compromisso entre as propriedades de transparência, resistência mecânica e barreira a gases. Fusão e resfriamento rápido Resina PET: estado cristalino pré-forma: grau de cristalinidade próximo de zero

76 Fator primordial que afeta transparência de PET: CRISTALINIDADE

77 Pearlescence = perolização causada pela criação de microvazios e cristalização induzida por fluxo ( stress whitening ) durante o estiramento

78 História térmica do polímero nos processo de injeção sopro em 1 e em 2 estágios

79 Cristalização de pré-formas durante a injeção

80 Esquema do processo de sopro de garrafas em duas etapas - Ilustração da segunda etapa Granulos de PET Préforma Etapa n 2 Sopro da Garrafa Préforma fria Reaquecimento Sopro Préforma Alimentação de préformascondicionamento térmico Estiragem Sopro evacuação

81 Variação de cristalinidade durante o ciclo de fabricação de garrafas de PET

82 Diferentes estados das moléculas de PET possíveis em uma garrafa soprada. Área Amorfa Área Orientada Área com possível cristalização quiescente

83 Sopro Pré-forma

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85 MOLDAGEM POR INJEÇÃO ESTIRAMENTO E SOPRO Estiramento passo à passo

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87 Razão de Estiramento Razão de estiramento = estiramento radial interno x estiramento axial

88 Estiramento radial interno 47% maior que o externo neste caso específico.

89 Sopradora de pré-formas para a fabricação de garrafas de PET biorientado: segundo estágio do processo de INJEÇÃO ESTIRAMENTO SOPRO (ISBM)

90 Sopradora de pré-formas para a fabricação de garrafas de PET biorientado: segundo estágio do processo de INJEÇÃO ESTIRAMENTO SOPRO (ISBM) Produção de a garrafas de 600 ml/hora

91 ANÁLISE DE TIPO DE EMBALAGEM NO BRASIL UTILIZAÇÃO DO PET

92 Propriedades importantes nas garrafas PET Resistência à pressão interna; Baixa permeabilidade a CO 2 e O 2; Resistência ao fissuramento sob tensão; Resistência à compressão dinâmica; Resistência ao impacto por queda livre; Estabilidade dimensional; Aspecto visual.

93 Segmentação do Mercado de PET

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99 COMPOSIÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS NO BRASIL

100 O Destino do PET Reciclado no Brasil 2011 Laminados e chapas 7,9% Fitas de Arquear 6,7% Tubos 1,9% Outros 7,5% Embalagens Alimentos e Não Alimentos 18,0% Têxteis 39,3% Cerdas/Cordas/ Monofilamentos 28% Tecidos e Malhas Resinas Insaturadas e Alquídicas 18,7% 43% Não tecidos 29%

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103 Lançamento: Setembro de 2011 Projeto Bottle-to-Bottle 80% de PET virgem + 20% de PET pós-consumo reciclado grau alimentício OUTRAS EMPRESAS TAMBÉM JÁ ESTÃO COM ESTA TECNOLOGIA PARA SER LANÇADA

104 PERSPECTIVAS & DESAFIOS Polímeros convencionais sintetizados com matérias-primas obtidas à partir de fontes renováveis ( Biobased Polymers ) Atualmente Principalmente etileno obtido com etanol produzido a partir de fonte renovável (cana-de-açúcar)

105 Como o PET plantbottle é produzido? Contém até 30% do PET originário de cana de açúcar. Garrafa 100% reciclável.