1. INTRODUÇÃO1.1. A GRANDE CONFUSÃO DE MARCAS, FAMÍLIAS E SIGLAS
Verificamos com frequência que as informações sobre o material a moldar nos moldes que vão ser fabricados chegam de forma desordenada e sem sistematização.
Alguns clientes indicam o material a moldar segundo a marca comercial do país, que por vezes não é conhecida nem consta nos guias de plásticos. Outros clientes indicam a abreviatura que para alguns plásticos pouco comuns, não diz muito para quem raramente lida com eles. Outros clientes ainda dão toda a informação, marca comercial, família e uma série de números e letras que identificam o plástico, as suas características, os aditivos, e cores, o que frequentemente se torna confuso devido à falta de conhecimento do significado dessas letras e números.
É portanto possível confundir marcas comerciais com famílias ou ignorar o significado de certas siglas.
2. CLASSIFICAÇÃO DOS PLÁSTICOS
Os plásticos apresentam diferentes comportamentos quando submetidos à acção do calor, isso permite agrupá-los em dois grandes grupos:
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Os termoplásticos |
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Os termoendurecíveis |
2.1. TERMOPLÁSTICOS
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Polefinas |
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Vinilicos |
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Polimerizados de estireno |
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Poliamidas |
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Policarbonatos |
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Poliacetais |
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Acrílicos |
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Celulósicos |
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Polioretanos |
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Poliesteres, Termoplásticos |
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Oxidos de Polifenileno (PPO) |
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Polifenilenos sulfide (PPS) |
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Fluoroplásticos |
2.2. TERMOENDURECÍVEIS
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Fenoplásticos |
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Fenol-formaldeído |
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Fenol-furfuraldeído |
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Aminoplásticos |
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Ureia-formaideído |
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Melamina-formaldeído |
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Poliesters insaturados |
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Poliesters Solúveis |
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Poliepoxidos |
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Silícones |
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Poliuretanos recticulados |
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Poliimidas |
3. PROPRIEDADES DOS PLÁSTICOS
A consulta dum catálogo, dum guia ou duma enciclopédia de plásticos, mostra que os plásticos como outros materiais têm muitas propriedades.
Para os fabricantes de moldes importa dar mais atenção a algumas dessas propriedades do que a outras, por isso se distinguiram neste trabalho dois tipos de propriedades.
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Propriedades dos Plásticos Transformados |
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Propriedades dos Plásticos em Transformação |
Enquanto que as primeiras são primordiais para o utilizador da peça de plástico e devem ser consideradas no desenho de artigo pois tem que se ter em conta o comportamento mecânico, térmico, eléctrico, óptico, etc. As propriedades dos plásticos em transformação têm primordial interesse para o desenho e construção do molde.
Grupo de propriedades dos plásticos em transformação:
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Cristalinidade |
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Comportamento Reológico |
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Compressibilidade |
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Temperatura de transformação |
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Pressões de injecção |
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Contracção |
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Aditivos |
3.1. CRISTALINIDADE
Numa forma emaranhada como aquela com que habitualmente se visualizam as macromoléculas de qualquer tipo de plástico, as zonas rectas e paralelas representam as zonas cristalinas enquanto as irregulares e onduladas representam as zonas amorfas.
Nos materiais classificados de cristalinos podemos verificar que acima da chamada temperatura de cristalização, eles se encontram no estado líquido, e abaixo no estado sólido.
O que significa que trabalhando com temperatura de fusão um pouco acima do estado líquido, são possíveis cicios rápidos, especialmente se comparados com os materiais amorfos onde a ampla gama de temperaturas de fusão exige um maior tempo de arrefecimento antes da extracção e consequentemente maior ciclo.
Características de materiais cristalinos:
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Nos materiais cristalinos a contracção é maior. (À diminuição de volume causada pela contracção no arrefecimento, soma-se a diminuição de volume causada pela cristalização). |
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Os materiais cristalinos permitem situar dentro de parâmetros mais apertados o valor da contracção. |
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Os materiais cristalinos não representam dificuldades de desmoldagem com o molde a temperaturas altas (uma temperatura alta do molde melhora a qualidade de superfície e melhora a cristalinidade da peça). |
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Os materiais cristalinos permitem ciclos de moldação mais rápidos. (Velocidades de injecção elevadas melhoram a qualidade da superfície). |
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Os canais quentes carburadores e outros sistemas de injecção devem ser construídos com especial cuidado para garantirem uma distribuição homogénea da temperatura. Devem ser previstos termocouples para um controlo da temperatura. |
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Os polímeros amorfos adquirem a temperaturas suficientemente baixas as características do vidro incluindo dureza e fragilidade, verificando-se o mesmo para as zonas amorfas dos materiais semi-cristalinos. |
3.2. COMPORTAMENTO REOLÓGICO
Reologia é o nome dado à ciência que estuda a mecânica dos materiais deformáveis abarcando desde os materiais não completamente sólidos até aos quase líquidos.
Os materiais plásticos quando no estado de fundido têm um índice de fluidez determinado, que é influenciado pela variação de temperatura e por outros factores. Este índice de fluidez é obtido em ensaios devidamente normalizados nos quais se mede a quantidade de material que flui por um orifício calibrado em condições preestabelecidas de pressão e temperatura. Para o material em causa, o resultado apresenta-se normalmente em gramas por 10 minutos dependendo o valor obtido fundamentalmente do material ensaiado.
Índices de fluidez elevados significam um maior comprimento de fluxo, mas este comprimento de fluxo está também relacionado com a espessura de parede da peça a moldar. Os comprimentos de fluxo para uma espessura predeterminada são para os policarbonatos relativamente curtos especialmente se comparados com os polistirenos, polietilenos e polipropilenos. Entretanto, apesar destes materiais não trazerem complicações de enchimento em espessuras normais (acima de 1 mm), o problema de saber onde chega o material, coloca-se também quando em materiais fáceis de injectar se pretendem encher peças muito finas.
Um exemplo flagrante é a dificuldade prática de encher copos com espessuras de 0,35 mm.
Nos materiais reforçados o índice de fluidez pode não dar uma imagem correcta. Em casos críticos é conveniente fazer um ensaio. O ensaio da espiral, permite uma análise mais de acordo com a realidade. O comprimento da espiral dá um valor indicativo quanto à fluidez do material.
3.2.1. Vantagens dos índices de fluidez elevados
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Peças moldadas com maior brilho superficial. |
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Maiores cadências de moldagem devido à sua melhor injectabilidade. |
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Índices de fluidez elevados dão menor contracção. |
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Materiais com índices de fluidez elevados dão peças com menor rigidez (mais macias). |
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Materiais com índices de fluidez elevados têm mais baixa resistência à quebra por tensões. |
3.2.2. Factores que influenciam o comprimento do fluxo
Nem só com o índice de fluidez do material, o comprimento do fluxo está relacionado, entre outros factores que o influenciam citam-se:
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O comprimento dos canais. Quanto mais compridos forem os canais maiores perdas de carga se verificam devido ao percurso que a massa de plástico tem que percorrer e devido ao aumento de viscosidade originado pelo abaixamento da temperatura. |
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As mudanças bruscas de secção. Quanto mais mudanças e mais bruscas forem maior será a perda de carga. É de boa prática partir do ponto de injecção e após cada mudança de direcção do canal em ângulo recto, aumentar 1,5 mm os canais de injecção, até chegar ao gito. O diâmetro do gito deve ser no mínimo maior 1,5 mm que o canal principal. Quando um canal principal se ramifica, a área da secção recta do canal principal não pode ser menor que a soma das áreas dos canais ramificados. |
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O diâmetros dos canais. Diâmetros pequenos não permitem grandes comprimentos de fluxo. |
Entretanto relacionado com a equação para a quantidade de fluido viscoso que flui num canal circular:
E fazendo DP constante, vem:
Vê-se assim que a quantidade de material que flue é directamente proporcional à quarta potência do diâmetro do canal o que significa que qualquer pequeno aumento do diâmetro do canal resulta num substancial aumento de fluxo.
Se aumentarmos o diâmetro Dl para D2 dá um aumento percentual de fluxo de:
Em resumo, devem ser seguidas as seguintes regras:
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Fazer os canais tão curtos quanto possível |
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Evitar mudanças bruscas de secção |
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Adoptar secções cuja forma seja favorável ao fluxo. |
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Prever o prolongamento do canal para a gota fria. (Prolongamento igual ou superior ao diâmetro do gito.) |
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Obter o enchimento de todas as cavidades simultaneamente à mesma pressão e temperatura. |
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| Comprimento médio do fluxo de diversos materiais em função da espessura |
3.2.3. Localização dos pontos de injecção
A localização da injecção está também relacionada com a facilidade de enchimento e repartição equilibrada da pressão, os seguintes princípios devem ser seguidos na escolha do ponto de injecção:
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Colocar a injecção onde a espessura for mais grossa. (Usar as nervuras como canais). |
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Colocar a injecção de forma a que o último ponto a encher possa levar fugas de gases, evitando que o gás fique preso. |
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Nas secções grossas situar o ponto da entrada de maneira a formar ângulo recto com a direcção do fluxo para se evitar manchas ou costuras na superfície. Nas peças delgadas situar em linha com a direcção do fluxo. |
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Colocar a injecção num ponto concêntrico. |
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Colocar a injecção de forma a minimizar as zonas de soldadura. |
3.2.4. Fugas de gases
O preenchimento das cavidades com material plástico vai originar a expulsão do ar que ocupa inicialmente as referidas cavidades. A maior ou menor dificuldade com que esse ar é evacuado vai influenciar o enchimento e a qualidade das peças, dando origem a superfícies queimadas devido à excessiva elevação de temperatura que sofre quando é submetido às pressões elevadas sem possibilidades de escapar. Por isso é importante:
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Incluir postiços ou extractores onde seja previsível a prisão de bolsas de ar que originarão queimados. |
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Fazer o polimento de maneira a facilitar o escape. |
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Determinar o lugar das fugas de gases após os primeiros ensaios. |
Valores normalmente adoptados para escape de gases:
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| Indústria de protótipos – a dos moldes – conta entre os seus clientes as actividades industriais mais exigentes e sofisticadas – um exemplo é a indústria electrónica de que se mostram algumas peças |
3.3. COMPRESSIBILIDADE NO ESTADO DE FUSÃO
A massa do material em fusão toma volumes diferentes para diversos materiais, o que significa que uns são mais compressíveis do que outros.
Tomando um determinado tipo de máquina verificou-se que o volume de material injectado variava consoante o tipo de material:
3.4. TEMPERATURAS DE TRANSFORMAÇÃO
Nem todos os materiais requerem a mesma gama de temperaturas para a sua transformação, por outro lado alguns exigem a utilização dum intervalo de temperaturas tão apertado que a construção dos próprios moldes se tem que revestir de certos cuidados.
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A temperatura do material deverá ser a mínima que permita ciclos rápidos e elevada qualidade da peça. |
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A temperatura do material deve ser uniforme, afim de que não sejam aumentadas as tensões, e se tenha maior estabilidade dimensional e melhores propriedades físicas |
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Paredes finas exigem temperaturas mais elevadas que as paredes espessas. |
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Os cicios de moldação podem ser avaliados na base de 1 minuto por cada 6 mm de espessura de parede. |
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Temperaturas altas facilitam a obtenção de junções de melhor qualidade. |
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Materiais com estreitas tolerâncias de fluidificação exigem um rápido enchimento. |
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A condutividade térmica dos plásticos é 300 a 400 vezes menor do que a dos aços. |
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Temperaturas do molde elevadas e velocidades de injecção rápidas melhoram a qualidade da superfície das peças de plástico. |
A seguir citam-se alguns materiais que no desenvolvimento do projecto exigem que se tenham certos cuidados especiais relacionados com a temperatura:
| Exige temperaturas de processamento baixas, temperaturas altas provocam forte libertação de gases com graves perigos de explosão. Exige que sejam previstas nos moldes abundantes fugas de gases. Material muito corrosivo devido à libertação do cloro. As zonas moldantes devem ser construídas em aço inox, ou cromados como segunda alternativa. Não são permitidos carburadores nem torpedos. Recomendam-se canais largos e renováveis. | ||
| Material muito sensível às variações de temperatura. Carburadores e torpedos só devem ser usados sob reserva (existem perigos de explosão). | ||
| Material com viscosidade muito elevada,exige canais largos e curtos (especial atençãoao comprimento do fluxo). Podem usar-se carburadores e torpedos desde que dêem garantias de uniformidade de temperaturas. | ||
| Não há restrições ao uso de carburadores e torpedos desde que garantam homogeneidade de temperaturas e sejam suficientemente largos para permitirem uma eficaz repartição da pressão. Exigem canais curtos e largos para boa repartição da pressão. | ||
| Torpedos não são recomendados Cobre berílio não é recomendado. | ||
| Quando usados canais quentes deve ter-se em atenção que as temperaturas têm que ser homogéneas. |
Pressão de injecção
Para a obtenção de peças de qualidade nem todos os materiais exigem a mesma pressão de injecção, na generalidade dos materiais pressões de 500 a 1 000 Kg/cm2 são suficientes, entretanto outros exigem pressões muito elevadas, como o caso dos acrílicos e policarbonatos. A exigência de pressões de injecção da ordem dos 1200 a 1500 Kg/cm2 necessárias para estes materiais, implica cuidados especiais na construção do molde.
Especialmente nestes materiais os moldes têm que ser bem rígidos com suportes bem distribuídos, e um travamento robusto e equilibrado, com sistemas de injecção capazes de suportar pressões até aos 1500 Kg/cm2.
Nos acrílicos e policarbonatos, pressões de injecção baixas produzem peças pouco compactas.
O problema do balanceamento dos moldes coloca-se com mais acuidade em moldes para materiais que requerem elevadas pressões dado que estas se transformam em forças contrárias à força de fecho da máquina.
As pressões de injecção muito elevadas aliadas às propriedades dos materiais, como os acrílicos ou outros com fibras de vidro, originam problemas de abrasão sendo preciso prever a colocação de postiços temperados nas zonas onde bate o fluxo do material.
Mesmo nos materiais não considerados materiais de engenharia em moldes de múltiplas cavidades a pressão pode não ser suficiente para abrir os pontos de injecção, pelo que é preciso desenhar os canais de forma que o material chegue simultaneamente a todas as cavidades.
As máximas pressões específicas obtêm-se utilizando pequenos diâmetros de êmbolos, com reduzido volume de injecção.
3.6. CONTRACÇÃO
Esta propriedade caracterizada pela diminuição de volume das peças após a moldação consequência do arrefecimento do material desde a temperatura de injecção até à temperatura ambiente, impõe que as zonas moldantes sejam desenhadas e construídas com dimensões corrigidas, tendo em conta os seguintes factores:
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A forma da peça |
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O tipo do material |
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O desenho do molde |
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As condições de moldação |
3.6.1. Forma da peça tem influência na contracção
Nas peças onde a espessura varie são de esperar variações no valor da contracção, quanto maior é a espessura maior é o factor de contracção. Como consequência imediata desta relação entre a percentagem de contracção e o valor da espessura, surgem os empenos, é por isso que é muito importante ter espessuras uniformes.
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Quando existem nervuras não se deve perder de vista que elas podem contribuir para um escoamento equilibrado do material se judiciosamente estudada a sua localização em relação ao ponto de injecção. |
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A contracção é menor junto ao ponto de injecção devido à maior compactação do material, e maior nas zonas mais afastadas. |
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Para a obtenção de cotas dentro de tolerâncias apertadas, para além da atribuição dum valor de contracção adequado têm importância a dimensão e forma das peças. |
Os limites mínimos de tolerâncias a exigir duma peça de plástico variam consoante a dimensão e de material para material.
3.6.2. O tipo de material tem influência na contracção
A análise da contracção de diversos materiais mostra que tomam valores diferentes de família para família e mesmo dentro de cada família, consoante o tipo e grau. É, portanto, da máxima importância obter indicações do fabricante do material sobre os valores de contracção que devem ser usados.
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Normalmente a contracção toma valores superiores no sentido do fluxo. |
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Em materiais com cargas quando a percentagem aumenta a contracção diminui. |
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3.6.3. O desenho do molde tem influência na contracção
A localização do ponto de injecção é definida quando se desenvolve o projecto. Quando se faz a opção pelo local onde situar o ponto de injecção, deverá ter-se na devida conta a vantagem de obter uma repartição equilibrada da pressão. As zonas mais afastadas do ponto de injecção estão sujeitas a pressões e temperaturas diferentes, daquelas que se situam na sua vizinhança, logo a contracção é diferente de zona para zona.
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Diâmetros de pontos de injecção grandes favorecem uma melhor repartição da pressão. |
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A refrigeração do molde tem influência na contracção, por isso é importante manter a temperatura do molde constante e uniforme devido à influência da temperatura na contracção e na deformação das peças moldadas. |
3.6.4. As condições de moldação têm influência na contracção
As variações das condições de moldação afectam a estabilidade dimensional conforme se ilustra.
Diferentes temperaturas do molde são causas de diferentes contracções.
A contracção é maior do lado mais quente do molde, o que origina deformações e empenos. A mesma tendência se verifica em ângulos e quinas. A contracção é maior na zona mais quente, é por isso que um ângulo de 90º resulta sempre menor que 90º depois de moldado.
Uma refrigeração adequada contribui fundamentalmente para uma optimização da produção e pode-se com o arrefecimento do molde influir na contracção, na deformação e na qualidade das peças, no comprimento do caminho do fluxo, na deformação de rechupes, nas propriedades mecânicas e na estabilidade dimensional. Nas variações de forma e duração do cicio, com temperaturas de molde altas e velocidades altas obtêm-se superfícies lisas e brilhantes.
O empeno nas peças de plástico é uma consequência directa de contracções não uniformes. Um dos factores que contribui para o aparecimento de empenos é a existência de espessuras desiguais que determinam percursos de fluxo diferentes e consequentemente pressões diferentes, logo contracções diferentes.
Para minimizar os empenos deve evitar-se um trajecto do fluxo longitudinal para peças rectangulares e um trajecto de fluxo radial para peças circulares.
| Poliolefinas | Polietileno de alta densidade | ||
| Polietifeno de baixa densidade | |||
| Polipropileno | |||
| Polimerizados de Estireno | Polistireno cristal | ||
| Polistireno anti-choque | |||
| Stireno acrilo nitrilo | |||
| Acrilo/Butadieno/Stireno | |||
| Vinilicos | PVC Rígido | ||
| PVC Flexível | |||
| Poliamidas | Poliamida 6 | ||
| Poliamida 11 | |||
| Poliamida 12 | |||
| Poliamida 66 | |||
| Poliamida 610 | |||
| Poliamída 612 | |||
| Poliamida 66 c/ 30%FV | |||
| Poliacetal | |||
| Policarbonato | |||
| Acrílicos | |||
| Celulósicos | |||
| Poliuretanos | |||
| Poliesteres termoplásticos | |||
| Óxidos de Polifinileno | |||
| Polifenilenos Sulfide | |||
| Fluoroplásticos | |||
| Noryl c/ 20%FV | |||
| Noryl c/ 30%FV | |||
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| Exemplos mostrando que o valor de contracção varia em função da espessura | |
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| Diagramas de tendência mostrando a influência dos parâmetros de moldação sobre a contracção |
Nota: Pode observar-se que a pressão (pressão e tempo) que actua na cavidade do molde durante a fase de arrefecimento, é o parâmetro de maior influência.
Siglas de identificação dos plásticos correntes
Para simplificar a designação química das matérias plásticas, normalmente muito extensa, foram adaptadas siglas de identificação em regra formadas pelas iniciais dos compostos que por condensação ou polimerização lhes deram origem. O conhecimento da designação dessas matérias permite agrupar inúmeras marcas comerciais facilitando um melhor conhecimento das mesmas.
Apresentação das siglas por ordem alfabética:
| ACRILONITRILO BUTADIENO ESTIRENO | |
| ACRILONITRILO METACRILATO DE METILO | |
| ACRILONITRILO ESTIRENO ACRILATO | |
| ACETATO DE CELULOSE | |
| ACETATO BUTIRATO DE CELULOSE | |
| ACETATO PROPINATO DE CELULOSE | |
| CRESOL FORMALDEIDO | |
| CARBOXI METIL CELULOSE | |
| NITRATO DE CELULOSE | |
| PROPINATO DE CELULOSE | |
| CASEINA | |
| TRIACETATO DE CELULOSE | |
| DIALIFTALATO | |
| ETIL CELULOSE | |
| ETILENO ACRILATO DE ETILO | |
| EPOXIDO | |
| ETILENO PROPILENO TERPOLIMERO | |
| RESINA DE EPOXIDO ESTERIFICADO | |
| POLISTIRENO EXPANDÍVEL | |
| TETRAFLUORETILENO DE ETILENO | |
| ETILENO ACETATO DE VINILO | |
| ETILENO ÁLCOOL DE VINILO | |
| TETRAFLUORETILENO-HEXAFLUOPROPILENO(ETILENOPROPILENO PERFLUORADO) | |
| POLIESTER COM FIBRA DE VIDRO | |
| POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE | |
| POLIETILENO DE BAIXA DENSIDADE | |
| METILMETACRILATO BUTADIENO ESTIRENO | |
| METILCELULOSE | |
| POLIETILENO DE MÉDIA DENSIDADE | |
| MELAMINA FORMALDEIDO | |
| MELAMINA FENOL FORMALDEIDO | |
| NITROCELULOSE | |
| POLIAMIDA | |
| POLIAMIDA POLIMERO DE E-CAPROLACTAME | |
| POLIAMIDA POLIMERO DE HEXAMETILENDIAMINA E DO ÁCIDO ADIPICO | |
| POLIAMIDA POLIMERO DE HEXAMETILENDIAMINA E DO ÁCIDO SEBÁCIO | |
| POLIAMIDA POLIMETO DE HEXAMETILENDIAMINA E DO ÁCIDO DODECANOICO | |
| POLIAMIDA POLIMERO DO ÁCIDO AMINO-11 UNDECANOICO | |
| POLIAMIDA POLIMERO DE DODECANOLACTAMA – 1,12 | |
| POLIAMIDA COPOLIMERO FORMADO PELOS MONOMEROS DAS PA66 E PA610 | |
| POLIAMIDA COPOLIMERO FORMADO PELOS MONOMEROS DAS PA6 E PA12 | |
| POLIACRILONITRILO | |
| POLIBUTADIENO | |
| POLI (TEREFTALATO DE BUTILENO) | |
| POLICARBONATO | |
| POLICLOROTRIFLUORETILENO | |
| POLIFTALATO DE DIALILO | |
| POLIETILENO | |
| POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE | |
| POLIETILENO DE BAIXA DENSIDADE | |
| PROPILENO – ETILENO | |
| POLIETILENOXIDE | |
| POLIETILENOTEREFTALATO | |
| FENOL FORMALDEIDO | |
| POLIIMIDA | |
| POLIISOBUTILENO | |
| POLIMETACRILIMIDA | |
| POLIMETILMETACRILATO | |
| POLI (METIL 4 PENTENO 1) | |
| POLIOXIMETILENO; POLIFORMALDEIDO; POLIACETAL | |
| POLIPROPILENO | |
| POLIFENILENE OXIDE | |
| POLIPROPILENE OXIDE | |
| POLIFENILENE SULFIDE | |
| POLIFENILENE SULFONA | |
| POLISTIRENO | |
| POLISULFONA | |
| POLITETRAFLUORETILENO | |
| POLIURETANO | |
| POLI (ACETATO DE VINILO) | |
| POLI (ÁLCOOL DE VINILO) | |
| POLI (BUTIRAL DE VINILO) | |
| POLI (CLORETO DE VINILO) | |
| POLI (CLORETO DE VINILIDENO) | |
| POLI (FLUORETO DE VINILIDENO) | |
| POLI (FLUORETO DE VINILO) | |
| POLI (FORMAL DE VINILO) | |
| POLI (CARBAZOL DE VINILO) | |
| POLI (BUTIRAL DE VINILO) | |
| POLIVINILPIPROLIDONA | |
| ESTIRENO ACRILO NITRILO | |
| ESTIRENO BUTADIENO | |
| SLICONE | |
| ESTIRENO – X – METILESTIRENO | |
| POLIESTER SATURADO | |
| UREIA FORMALDEIDO | |
| POLIESTER; POLIESTER NÃO SATURADO | |
| CLORETO DE VINILOETILENO | |
| CLORETO DE VINILOETILENO METILO ACRILATO | |
| CLORETO DE VINILO ETILENO VINILOACETATO | |
| CLORETO DE VINILO ACRILATO DE METILO | |
| CLORETO DE VINILO METILMETACRILATO | |
| CLORETO DE VINILO OCTILACRILATO | |
| CLORETO DE VINILO – VINILOACETATO | |
| CLORETO DE VINILO – CLORETO DE VINILIDENO | |
| FIBRA VULCANIZADA |
Armando Baptista, 1983
1º Congresso da Indústria de Moldes – Cefamol