Os polímeros podem ser definidos como macromoléculas compostas por muitas unidades de repetição denominadas meros que são unidas por ligação covalente. São caracterizados por seu tamanho, sua estrutura química e por suas interações intra e intermoleculares, de modo que suas propriedades estão relacionadas a esses fatores, e, consequentemente o processamento de Polímeros. Ainda, vale ressaltar que os polímeros podem ser de origem natural, como as fibras de algodão, ou sintéticos, como o PET (poli(tereftalato de etileno)), o polietileno (PE), o polipropileno (PP), o poli(cloreto de vinila) (PVC), entre outros. 

Outra classificação interessante dos polímeros é que eles são divididos entre termoplásticos, termofixos, borrachas e fibras. 

Termoplástico

O grupo contempla polímeros denominados plásticos, ou seja, que são sólidos à temperatura ambiente e moldáveis quando aquecidos e submetidos à pressão. Além disso, os termoplásticos possuem baixa densidade, boa aparência, são isolantes térmico e elétrico e possuem baixo custo, constituindo, portanto, uma classe de polímeros com uma larga faixa de aplicações. Dessa forma, essas boas propriedades contribuíram para que o consumo de termoplásticos no Brasil e no mundo crescesse muito ao longo dos últimos anos.

Termofixos

Já os termofixos, ou termorrígidos, constituem a classe de polímeros nos quais as macromoléculas possuem cadeias ligadas por ligações cruzadas. Como essas ligações (ou reticulações) são forças de atração intermoleculares primárias, os polímeros termorrígidos possuem elevada resistência mecânica, química e a altas temperaturas. Essas propriedades possibilitam a aplicação dos termofixos em fios, cabos, engrenagens, tanques, peças, além de em roupas e tecidos.

Como já visto, existe uma grande variedade entre as propriedades das classes de polímeros. Dessa forma, é muito importante conhecer essas propriedades para escolher a melhor forma de processamento do polímero, além de otimizar esse processo com base nos fatores que o envolvem.

Processamento dos polímeros

O processamento dos polímeros é dado de duas principais maneiras: injeção e extrusão.

Na injeção, a matéria-prima polimérica é aquecida até a fundição, em seguida é injetada no molde, que por sua vez é submetido ao resfriamento para a consolidação do polímero no formato desejado. 

Já a extrusão consiste na produção de produtos de perfis contínuos como canos, tubos e perfis. Nesse processo utiliza-se máquinas extrusoras. O processamento é dado através da fusão da matéria-prima polimérica que alimenta a extrusora, e na aplicação de pressão no material fundido dentro da extrusora. Por fim, ocorre a conformação do polímero pela sua passagem sob pressão através de uma matriz.

Para melhor compreensão das diferenças entre injeção e extrusão, leia Processamento de polímeros: entenda a diferença entre extrusão e injeção .

Fatores que influenciam

Em ambos os processamentos existem fatores que influenciam sua ocorrência. Desse modo, é importante que especialistas avaliam as condições de processamento empregadas no produto em questão para garantia de suas melhores propriedades.

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Injeção

1. Molde

As condições de processamento devem ser distintamente avaliadas para cada molde a ser preenchido, pois o preenchimento deve ser completo e gerar uma peça bom bom acabamento e boas propriedades mecânicas. Isso requer que as pressões aplicadas ao fundido sejam ajustadas ao longo das regiões do molde a serem atingidas. Além disso, necessita-se que a temperatura do molde e do fundido sejam uniformes e adequadas, pois se elevadas ou baixas demais podem ocasionar marcas de rechupe, marcas dos extratores, moldados curtos, degradação do polímero e marcas de fluxo, que constituem defeitos para o polímero.

2. Matéria-prima

O conhecimento prévio da matéria-prima a ser injetada garante que as corretas condições de processamento sejam escolhidas. Por isso, recomenda-se que seja de conhecimento as propriedades térmicas e reológicas da mesma.

3. Condições de processamento

Um dos fatores determinantes para uma injeção de sucesso é o tempo de preenchimento. Quando o polímero fundido entra em contato com o molde, este estará submetido ao fluxo e ao resfriamento, formando uma camada “congelada”. Nesse sentido, se o molde for preenchido rapidamente, isto é, se o fundido for injetado rapidamente poderá haver aumento da temperatura do fundido devido a alta pressão de preenchimento e danificação da peça final. Por outro lado, se o molde demorar a ser preenchido, o fundido pode solidificar antes mesmo de preencher o molde. 

Após o preenchimento, ocorre o empacotamento, no qual aplica-se uma maior pressão no fundido a fim de compensar o aumento de volume devido o aumento da temperatura. O controle dos parâmetros de pressão e temperatura é importante nessa etapa, pois ela influencia a distribuição de tensões de cisalhamento na peça.

Por fim, durante o resfriamento é importante que haja o correto controle da taxa de resfriamento, pois esta determina a taxa de produção, além de controlar o nível de acabamento superficial, o nível de tensões congeladas no moldado e o grau de cristalinidade do produto final.

Por isso, deve-se definir as corretas condições de processamento de polímeros que irão formar uma peça de qualidade.

Extrusão

No controle do processo de extrusão variáveis como energia específica, estrangulamento, carga (taxa de alimentação), temperatura da massa polimérica, velocidade de rotação das roscas e teor de oxigênio no funil são as variáveis que determinarão as propriedades finais do produto.

4. Energia específica

Consiste na razão entre a potência consumida pelo motor da extrusora e a carga da mesma, e seu controle está relacionado com a garantia de não degradação do fundido polimérico. A energia do processo de extrusão é transferida pelo polímero pelo aquecimento da rosca e pelo cisalhamento oriundo da rotação da rosca. Se essa transferência for maior do que a recomendada, haverá degradação do polímero e danificação do produto final.

5. Taxa de alimentação

A taxa de alimentação da extrusora deve ser escolhida de acordo com as propriedades do polímero a ser processado, consistindo um parâmetro de controle. Nesse sentido, a alimentação deve ser grande o bastante para garantir cisalhamento entre as partículas e ocasionar a correta transferência de calor entre elas, favorecendo o processo de extrusão. Se a taxa for muito baixa, a fusão do material pode ser incompleta.

6. Temperatura da massa polimérica

Se as temperaturas atingidas no processo de extrusão forem maiores que a temperatura de degradação térmica do polímero extrudado o mesmo poderá ser degradado. Este fenômeno ocasiona perda de resistência mecânica do produto final e perda de processabilidade da massa polimérica.

7. Velocidade de rotação das roscas

A velocidade de rotação é ajustada a fim de garantir o correto tempo de residência da massa polimérica na extrusora, sendo variada de acordo com a carga de alimentação.

Conclusão

Como visto, existem diversas classes de polímeros, e a obtenção um produto polimérico de alta qualidade é obtida através da correta escolha dos parâmetros de processamento de polímeros. Para isso, conte com nossos consultores altamente qualificados, para te ajudar a alavancar seu negócio.

Texto escrito por Marina Mestriner, consultora do Núcleo de Engenharia de Materiais da EESC jr. – Empresa Júnior de Engenharia e Arquitetura da USP São Carlos.