Processamento de Polímeros: Rotas e Desafios.

Publicado por Materiais Júnior em maio 5, 2022

O processamento é, basicamente, a transformação de uma matéria prima no produto final. No caso dos polímeros, o processamento baseia-se na passagem do material por diferentes etapas, que podem ser: fusão, conformação, solidificação, entre outras. Além disso, o material pode passar por transformações físicas e químicas (que dependem do produto final desejado). 

Tipos de Polímeros

Os polímeros são divididos em três principais tipos: termoplásticos, elastômeros (borrachas) e termofixos, cada um com suas características próprias de processamento.

• Termoplásticos

Os termoplásticos são os polímeros mais utilizados atualmente, e isso se dá pelo fato de serem materiais que podem ser processados sem muita dificuldade em sua maioria. No processamento de termoplásticos, pode-se amolecer e endurecer o material indefinidamente, sendo possível também remoldá-los sem a necessidade de modificações químicas. No geral, a rota de processamento dessa classe de materiais é feita a partir da matéria prima (polímero de alta massa molar), seguido de posterior amolecimento (fusão, plastificação), e então conformação, que pode ser de diferentes maneiras (contínua, descontínua, estiramento, etc.), a depender do produto que se quer adquirir.

• Elastômeros ou borrachas

Os elastômeros, por sua vez, possuem propriedades mecânicas características como alta deformação antes da ruptura e recuperação total dessa deformação. Isto é resultado da passagem do material por uma transformação química chamada cura ou vulcanização. Nesse caso, o processamento começa com a mistura da matéria prima com aditivos (incluindo reagentes para etapa de cura) e posterior conformação, seguida da cura.

• Termofixos

Os termofixos, ou resinas termofixas, são materiais que, uma vez conformados, não podem ser novamente fundidos e remoldados. Seu processamento é feito a partir da matéria prima misturada com reagente e aditivos, e depois ocorre a conformação e a cura. São materiais bastante rígidos e quebradiços após a cura.

É importante saber principalmente o tipo de polímero que será processado e a aplicação do produto final, já que essas características são cruciais para a escolha do processamento correto. Por exemplo, no caso de termoplásticos, existem os termoplásticos semicristalinos e amorfos, e cada um deles deve ser conformado em determinadas temperaturas para que o processamento seja satisfatório, além de cada um deles possuir diferentes atributos (transparência, resistência mecânica, etc).

Processamento de polímeros

Existem várias técnicas de processamento e conformação dos polímeros, mas as mais conhecidas e usadas hoje em dia são:

Injeção: 

É um dos processos mais comuns e importantes na indústria de plásticos, principalmente por sua versatilidade, sendo capaz de moldar o polímero em formatos variados e complexos, com alta tolerância dimensional. É um tipo de processamento utilizado amplamente em termoplásticos, mas com algumas alterações no equipamento e no processo é possível ser utilizado também no processamento de elastômeros e termofixos. 

A moldagem por injeção baseia-se na alimentação do material por um funil, onde é direcionado para o interior da máquina de injeção, a qual possui uma rosca sem fim. Com o auxílio dessa rosca, o material é transportado, amolecido, misturado, homogeneizado e plastificado, até chegar ao final do processo e passar pelo bico de injeção e então encontrar-se com o molde. Neste molde, a pressão é mantida constante até que ele seja preenchido e o material seja solidificado. Após todas essas etapas, o molde pode ser aberto e a peça ejetada. 

Extrusão: 

Assim como a injeção, o processamento por extrusão consiste na mistura, fusão, homogeneização, plastificação e transporte do material, só que ao invés do uso de apenas uma rosca, podem ser utilizadas duas roscas sem fim. O material fundido passa de forma controlada por meio das roscas e em seguida passa por todas as etapas já ditas, até encontrar a matriz. Através do orifício da matriz, a massa fundida é forçada até sua solidificação. A peça produzida terá, então, características de perfis de seção reta constante, podendo ser de várias formas (chapas, filmes, tubos, etc.)

Rotomoldagem: 

Muito usada no processamento de termoplásticos como (PVC, PE, PP,  etc.), a rotomoldagem é um processamento simples e de baixo custo, originando na maioria das vezes peças de geometria mais simples. O processo começa com a introdução de uma resina, que pode ser em pó ou líquida, num molde oco. O molde inicia sua rotação e então a resina inserida nele começa a ser aquecida. Após a fusão da resina, esta adquire a forma do molde. Ainda com os movimentos de rotação e translação, a peça, agora moldada, sofre resfriamento e há a desmoldagem dela. Posteriormente, a peça é extraída do molde e passa pela etapa de acabamento final, para então estar apta para ser utilizada ou comercializada. 

Sopro: 

A moldagem por sopro é um dos processos mais complexos para obtenção de peças poliméricas, uma vez que combina os processos de extrusão e de termoformagem. Nesse processo, uma ou várias seções de mangueira são extrudadas suspensas em paralelo e ainda quentes e colocadas em cavidades de moldagem de uma ferramenta de sopro. Esses moldes correspondem aos contornos finais das peças a produzir. Mediante o fornecimento de ar comprimido através de um ou vários mandris de sopro, os pré-formados ou seções de mangueira são então soprados adotando o contorno final predefinido. Após o arrefecimento, as peças moldadas são ejetadas da moldagem por sopro. 

Desafios do processamento

O principal desafio de se processar materiais poliméricos está ligado a alguns fatores internos dos polímeros, como suas propriedades reológicas complexas:

• Relações não lineares entre tensão e taxa de deformação;
• Viscoelasticidade;
• Altíssimas viscosidades. 

Como o processamento depende de operações realizadas com o polímero no estado fundido, essas propriedades complexas tornam as operações mais complicadas do que em fluidos simples (Newtonianos, por exemplo). 

No caso de polímeros cristalizáveis, outro obstáculo é o comportamento complexo de cristalização, como as faixas de temperatura de cristalização, cristalização induzida por fluxo, entre outras. 

E por fim, o alto uso de aditivos no processamento desses materiais também influencia diretamente em todas as propriedades já ditas, dificultando o controle das mesmas.

Mesmo assim, o uso e processamento de materiais poliméricos é feito de forma exponencial no Brasil e no mundo, por suas diversas vantagens:

• Peso consideravelmente baixo, ajudando e facilitando o processamento e manuseio do material;
• Baixa temperatura de processamento; menor custo de operações quando comparado a outros materiais;
• Versatilidade em questão de características visuais (cores, transparência, espessura, etc).

Agora que você chegou até aqui, que tal ler esse texto do nosso blog sobre o PET?

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