TERMOFORMAGEM. Prof. Carlos Henrique Scuracchio 2015

Transcrição

1 TERMOFORMAGEM Prof. Carlos Henrique Scuracchio 2015

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

3 Termoformagem (ou Termoformação) Bibliografia principal: capítulo 10 do livro Processamento de Polímeros Arno Blass; apostilas da ABPol. Na termoformagem a conformação pode ocorrer por: - meios mecânicos. - pressão de ar comprimido. - vácuo Termoformagem à Vácuo ( Vacuum Forming ) (é a forma de conformação mais importante, sendo que algumas referências já consideram o processo de termoformagem como Termoformagem à Vácuo )

4 TERMOFORMAGEM Processo de transformação a partir de chapas extrudadas (ou extrusadas) de alguns termoplásticos.

5 Processo: Consiste basicamente no aquecimento de laminados de termoplásticos até a sua temperatura de amolecimento, para depois este laminado quente e flexível ser forçado contra os contornos de um molde Matéria-prima básica: chapas extrudadas: Extrusora Matriz laminados Rolos resfriados chapas

6 TERMOFORMAGEM Chapa ou laminado Sistema de aquecimento Sistema de moldagem resfriamento

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10 Molde Fêmea

11 Molde Macho

12 MOLDE PARA TERMOFOMAGEM

13 Distribuição de espessura com Molde tipo Macho

14 Distribuição de espessura com Molde tipo Fêmea

15 Afinamento da parede próximo a cantos vivos

16 Moldagem a vácuo com êmbolo - Um êmbolo é usado para estirar a chapa e aproximá-la do molde para evitar que haja afinamento da parede. - Aquecimento é feito também no êmbolo para evitar marcas de resfriamento sobre a chapa. - uma maior uniformidade de espessura pode ser obtida através do ajuste no curso do êmbolo

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18 Deve-se ter em mente que o resfriamento é feito por contato com o molde. Portanto, a distribuição de espessura da parede tem influência do tipo de processo escolhido. a b a) moldagem a vácuo sem êmbolo b) moldagem a vácuo com êmbolo

19 com êmbolo sem êmbolo

20 Moldagem de peças ocas

21 Exemplo de Moldagem à vácuo Molde para banheiras de acrílico para termoformagem à vácuo.

22 Depois da seleção da espessura correta coloca-se a placa sobre o molde que está acoplado a um sistema de vácuo. A placa é inspecionada para verificar a existência de defeitos que poderiam aparecer após a termoformagem.

23 A placa de acrílico é então acoplada ao molde e então colocada sobre um forno de cerâmica.

24 O forno aquece de modo uniforme a placa a 400 o C para amolecê-la. Neste momento o sistema de vácuo é ligado e a placa é empurrada em direção às paredes do molde.

25 Assim que o processo estiver terminado, a banheira é resfriada à temperatura adequada e então retirada do molde, inspecionada para verificação de defeitos e estocada para receber a fibra de vidro em etapas subseqüentes.

26 Vantagens do processo de termoformagem - Equipamentos relativamente baratos - Moldes de baixo custo - Moldes de múltiplas cavidades - Processo relativamente barato - Possibilidade de produção de peças com espessura reduzida - Produtividade relativamente elevada

27 Desvantagens do processo de termoformagem - Dificuldade de obter peças complexas - Acabamento superficial relativamente inferior - Difícil controle das dimensões - Normalmente há a necessidade de acabamento - Quantidade de aparas geradas é grande

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30 TERMOFORMADORA PEQUENA

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32 Duas características do processo de termoformagem: Profundidade do produto termoformado. Presença de Tensões Internas nos produtos termoformados profundos; fenômeno crítico em refrigeração. environmental stress-cracking (fragilização ambiental sob tensão)

33 Outros processos que não a vácuo Conformação em moldes combinados Processo: a chapa é aquecida até o amolecimento e prensado entre um par de moldes. - Mais caro pois necessita de 2 moldes para a conformação - É usado para produção de grande escala de painéis moldados em chapas espessas com boa reprodução de detalhes. Moldes são dotados de sistema de refrigeração.

34 Outros processos que não a vácuo

35 Outros processos que não a vácuo 2) Conformação por escorregamento - A chapa aquecida é conformada mecanicamente ao redor de um molde macho - A chapa é fixada apenas levemente pelas bordas podendo escorregar - Processo utilizado quando se quer evitar o afinamento excessivo na conformação

36 Outros processos que não a vácuo 3) Moldagem a ar comprimido -A chapa aquecida é comprimida contra a cavidade fêmea por meio de ar comprimido a pressões de até 1MPa - Permite ciclos mais rápidos com T menores - Boa definição de detalhes e boa precisão dimensional

37 4) Conformação a vácuo por retorno elástico Processo: a chapa aquecida é inicialmente sugada para o interior de uma caixa com vácuo. Em seguida o molde macho é colocado sobre a mesma e o vácuo é eliminado. Como a chapa aquecida é elástica ocorre o retorna a sua característica original que toma o formato do molde.

38 Termoformagem como Processo Contínuo

39 Etapas do Processo:

40 Aquecimento - O controle de temperatura é crítico pois a viscosidade elongacional é uma função da temperatura - Em condições ideais o gradiente térmico deve ser mínimo entre a borda e o centro da chapa. - A chapa aquecida pode deformar antes da conformação relaxação interna - Quanto mais ampla a faixa de temperatura de amolecimento do material mais fácil o controle do processo.

41 Tipos de Aquecimento Aquecimento convectivo: Consiste em um forno com circulação de ar. Materiais tem a tendência a fletir por este método portanto é utilizado normalmente com materiais com elevada resistência dimensional (como acrílicos ou ABS) e chapas espessas. Em relação à radiação, tem a vantagem de promover menos degradação superficial em chapas espessas. A constante de proporcionalidade entre a diferença de temperatura, entre o ar e da chapa, e a quantidade de calor transferida é chamada coeficiente de transferência de calor convectivo.

42 Aquecimento por radiação: Lâmpadas de infravermelho que fornecem temperaturas na faixa de 260 a C. Mais utilizado para chapas finas devido a eficiência. A eficiência da transferência de energia por este processo depende das propriedades do material e também da geometria da chapa.

43 Quantidade de energia recebida pela peça em função da largura e espessura e distribuição dos aquecedores. Melhor distribuição

44 Aquecimento por condução: É o aquecimento por placas ou por contato. No aquecimento condutivo, algumas propriedades do polímero devem ser levadas em consideração: Densidade Capacidade calorífica Entalpia de transformação de fases Condutividade térmica

45 Perfil de temperaturas típico da chapa no aquecimento por condução (temperatura da superfície constante):

46 Perfil de temperaturas típico da chapa no aquecimento por radiação (fluxo de calor constante):

47 Thermoforming Data Material T g T heat T mold set T lower T normal T upper forming limit forming forming limit ABS C C 82 C 127 C 146 C 182 C PS 94 C C 85 C 127 C 149 C 182 C HDPE -110 C C 77 C 127 C 146 C 182 C PP 5 C C 88 C 132 C C 166 C PC 150 C 138 C 132 C 168 C 191 C 204 C PMMA 100 C C 85 C 149 C 177 C 193 C Characteristic Temperatures of Some Thermoformable Polymers (adapted from Throne 1996, p. 69)

48 Tempo de Aquecimento Ótimo Em geral, quanto maior a janela de moldabilidade do material, mais rápido pode ser seu aquecimento.

49 Arqueamento ou Sag Seu início é um dos indicativos de que a chapa está pronta para ser conformada.

50 Estiramento e Moldagem RE = área da peça depois da moldagem área da chapa antes da moldagem Útil para o cálculo da espessura da chapa necessária para uma determinada espessura de parede. Recomendações de RE máxima para alguns materiais:

51 A quantidade de estiramento da peça irá depender de: Temperatura da chapa Nível de força aplicada Nível de orientação e ordem molecular Equações constitutivas de estado (reologia)

52 Estiramento pode ser biaxial ou uniaxial Mais importante para termoformagem.

53 Comportamento tensão x deformação do material em função da temperatura Pode-se classificar o comportamento do material na temperatura de termoformagem como borrachoso (típico de polímeros amorfos logo acima da T g )

54 2) Resfriamento - o resfriamento tem efeito direto na espessura do molde - resfriamento lento pode resultar em contração na peça e fazer com que ocorra a perda de contato entre a peça e o molde. - resfriamento rápido pode resultar em acúmulo de tensões internas.

55 Perfis de temperatura da parede dependendo do tipo de resfriamento da superfície livre.

56 Fatores que influenciam a qualidade do produto - distribuição de espessura ao longo do produto - tensões residuais na peça - utilização da técnica de moldagem mais correta ao produto - adequação da temperatura da chapa antes da moldagem

57 Possíveis Problemas Termoformagem incompleta Chapa não aquecida o suficiente Vácuo ou pressão baixos ou lentos Bolhas Chapa muito quente Umidade Redes ou pontes Cantos do molde muito estreitos Insuficientes saídas de ar Chapa excessivamente aquecida Difícil saída do molde Peça muito aquecida Peça encolhida no molde Encolhimento Tensão devido a aquecimento insuficiente durante estiramento Peça sem resfriamento adequado no molde Chapa queimada Diminuir aquecimento

58 Formação de redes e estratégias para evitá-las

59 Afinamento da parede em cantos vivos

60 Cálculo da espessura para geometria cônica:

61 Uso de simulação por elementos finitos (FEA) para cálculo de design de peças

62 Os termoplásticos muito utilizados em termoformagem são: Poliestireno de alto impacto (HIPS ou PSAI) e poliestireno (PS) - principalmente refrigeração; - copos; propagandas. ABS (terpolímero acrilonitrila - butadieno - estireno) - principalmente refrigeração; - peças para a indústria automobilística.

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64 Processamento Painel do Troller Termoformagem à Vácuo em ABS

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67 PP (polipropileno) - principalmente tampa e potes de margarina (PP domina nesta aplicação); - copos; potes diversos; peças para a indústria automobilística.

68 APLICAÇÃO PRATICAMENTE EXCLUSIVA DO POLIPROPILENO (PP)

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80 Outros Termoplásticos: - PVC (policloreto de vinila) embalagens. - Noryl (blenda polimérica polioxifenileno (PPO) / poliestireno painéis de carro, a partir de laminados (concorre com outros polímeros).

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