Processamento de Termoplásticos trata dos dois principais processos de transformação de termoplásticos: a extrusão e a injeção. Para melhor compreender o comportamento dos polímeros, o livro inicia com uma Introdução à Estrutura e Propriedades dos Polímeros, onde é feita uma revisão do comportamento dos materiais poliméricos em função da estruturação molecular (cristalinidade, orientação, grupos laterais, entre outras). Devido à importância do comportamento reológico dos polímeros fundidos no processamento como um todo, um capítulo inteiro é dedicado a esse assunto, onde são discutidos parâmetros relevantes como tensão, deformação, efeito do cisalhamento na estruturação de produtos acabados, efeitos viscoelásticos como inchamento do extrudado, fratura do fundido, bem como é mostrada a importância do comportamento pseudoplástico dos polímeros durante o processamento. No capítulo 3 são abordados os mais importantes fundamentos que tornam a extrusão um processo largamente utilizado, tanto para mistura como para fabricação de produtos. São enaltecidos os efeitos dos parâmetros de processo e os efeitos da geometria da rosca sobre a plastificação e homogeneização, e estruturação molecular gerada durante o cisalhamento dos termoplásticos dentro dos canais de uma extrusora e as conseqüentes alterações das propriedades do produto final. Uma ampla abordagem é feita sobre matrizes e as relações entre geometria, variáveis de processo e propriedades de fluxo dos termoplásticos. O processo de fabricação de filmes é mostrado como exemplo de extrusão, onde são feitas as conexões entre roscas, matriz, parâmetros de processo e propriedades finais do produto, tais como grau de orientação, brilho e transparência, dentre outras. O processo de injeção foca a importância da plastificação da massa a ser injetada, dos efeitos das variáveis de processo sobre as propriedades da peça injetada, tais como velocidade de injeção, pressão de comutação, gradiente de recalque, tempo de resfriamento. O livro, ao seu final, aborda o molde, onde são detalhados os principais aspectos que devem ser considerados para que o projeto do mesmo contenha todos os requisitos necessários para se obter produtos de qualidade desejada. É dada bastante ênfase às possíveis estruturações moleculares geradas por variáveis de processo, projeto do molde e tipo de termoplástico processado. O livro como um todo mostra a importância de se conhecer as propriedades intrínsecas dos termoplásticos, e estruturação gerada pelo processamento e as propriedades do produto final, que são conseqüência dos dois primeiros fatores citados.

Prefácio

Apresentação

Capítulo 1 - Introdução à estrutura e propriedades dos polímeros

1.1 - Introdução aos polímeros

1.2 - Peso molecular

1.2.1 - Cálculo do peso molecular médio de polímeros
1.2.2 - Distribuição do peso molecular
1.2.2.1 - Efeito do peso molecular e da distribuição do peso molecular sobre as propriedades dos polímeros
1.2.3 - Principais métodos para determinação de pesos moleculares

1.3 - Cristalização e grau de cristalinidade de polímeros

1.3.1 - Morfologia de polímeros cristalinos
1.3.2 - Esferulitos
1.3.3 - Cristalinidade versus propriedades
1.3.4 - Cristalinidade e peso molecular afetando as propriedades
1.3.5 - Cristalinidade e propriedades térmicas
1.3.6 - Tamanho dos esferulitos e seus efeitos sobre as propriedades
1.3.7 - Cinética de cristalização
1.3.8 - Determinação do crescimento e nucleação de cristais
1.3.9 - Determinação do grau de cristalinidade

1.4 - Temperaturas de transição e a estrutura química dos polímeros

1.4.1 - Temperaturas de transição e a estrutura química (homopolímeros)
1.4.2 - Temperaturas de transição e a estrutura química (copolímeros)
1.4.3 - Determinação de Tg e Tm

1.5 - Orientação das moléculas poliméricas

1.5.1 - Estiramento a frio
1.5.2 - Orientação molecular e as propriedades dos polímeros
1.5.3 - Como medir o grau de orientação

1.6 - Principais propriedades dos polímeros

1.6.1 - Propriedades mecânicas
1.6.1.1 - Tração, módulo de elasticidades, resistência à tração e alongamento
1.6.1.2 - Resistência à compressão
1.6.1.3 - Resistência à flexão
1.6.1.4 - Resistência ao impacto Izod
1.6.1.5 - Ensaio dinâmico, mecânico
1.6.1.6 - Densidade
1.6.2 - Propriedades térmicas e termodinâmicas
1.6.2.2 - Outras propriedades termodinâmicas e térmicas
1.6.2.1 - Transições térmicas e temperaturas de interesse técnico

Capítulo 2 - Introdução a reologia

2.1 -Viscoelasticidade dos polímeros

2.1.1 - Inchamento do extrudado (IE)
2.1.2 -Fratura do fundido - efeito viscoelástico.
2.1.3 - Pele de tubarão ou de cação

2.2 - Análise de fluxo de polímeros fundidos

2.2.1 - Taxa de Cisalhamento
2.2.2 - Viscosidade.
2.2.3 - Equações que envolvem viscosidade

2.3 - Medida das propriedades reológicas

2.3.1 - Reometria capilar
2.3.2 - Reometria cone-placa

2.4 - Fluxo isotérmico em canais

2.4.1 - Para canais circulares.
2.4.2 - Para canais retangulares
2.4.3 - Lei das potências

2.5 - Escorregamento na parede do capilar

2.6 - Tempo de residência

2.6.1 - Tempo de relaxação ou recuperação da deformação

2.7 - Índice de fluidez (IF)

2.8 - Alguns valores relacionados aos processos

2.9 - Conceitos sobre mistura

2.10 - Tensões normais durante fluxo de polímeros
2.10.1 - Sensibilidade de N1 à mudanças na estrutura molecular

2.11 - Fluxo elongacional

Capítulo 3 – Extrusão: processo de homogeneização e plastificação com auxílio de rosca única

3.1 - Fundamentos de mistura e transporte por rosca

3.2 - Funções da rosca em uma extrusora

3.3 - Teoria de fluxo para extrusora de rosca única

3.3.1 - Equação diferencial para fluxo em canais de rosca única

3.4 - Parâmetros que afetam a geração de pressão e o perfil de velocidades ao longo do barril

3.5 - Homogeneização e plastificação nos canais da rosca

3.5.1 - Eficiência de plastificação

3.6 - Potência requerida em extrusão
3.7 - Otimização da eficiência de plastificação
3.8 - Algumas comparações entre roscas convencionais e roscas com barreira

3.9 - Função dos elementos de alto cisalhamento e alta mistura

3.10 - Outros tipos de roscas utilizadas para mistura e extrusão

3.11 - Características básicas de roscas para diversos tipos de polímeros

3.11.1 - Roscas para injetoras

3.11.1.1 - Roscas para injeção de PVC rígido
3.11.1.2 - Roscas para injeção de náilon.

3.11.2 - Roscas para extrusão de termoplásticos

3.11.2.1 - Rosca para PVC
3.11.2.2 - Rosca para polietileno (PE)
3.11.2.3 - Rosca para poliestireno cristal (PS amorfo).
3.11.2.4 - Rosca para poliamida (Náilon)
3.11.2.5 - Rosca para polipropileno (PP)
3.11.2.6 - Rosca para polietileno tereftalato (PET) reciclado.

3.11.3 - Materiais e tratamentos indicados para roscas e canhões

3.11.3.1 - Barril
3.11.3.2 - Rosca.

3.12 - Softwares para simulação de roscas única.

3.12.1 - Teoria para transporte de sólido na zona de alimentação.
3.12.2 - Teoria para transporte na zona de fusão
3.12.3 - Teoria para transporte na zona de controle de vazão (descarga)
3.12.4 - Teoria para transporte na matriz à frente da rosca

3.13 - Transporte no cabeçote da extrusora

3.13.1 - Representação gráfica de descarga volumétrica versus pressão de extrusão
3.13.2 - Cálculo dos “pontos de operação” de uma extrusora

Capítulo 4 - Matrizes

4.1 - Introdução

4.2 - Principais fundamentos

4.2.1 - Distribuição de fluxo em matrizes para extrusão
4.2.2 - Geração e distribuição de temperatura em matrizes

4.3 - Principais tipos de matrizes para extrusão

4.3.1 - Matrizes planas.

4.3.1.1 - Seções e tipos de matrizes planas.
4.3.1.2 - Formatos das câmaras.
4.3.1.3 - Controle da pressão em matrizes planas
4.3.1.4 - Controle da espessura - ajuste dos lábios
4.3.1.5 - Regulagem dimensional na saída de matrizes planas

4.3.2 - Matrizes para filmes tubulares ou anelares

4.3.2.1 - Tipos de matrizes anelares.
4.3.2.2 - Tipos de cruzetas
4.3.2.3 - Matrizes espiraladas para eliminar os efeitos da Linha de Solda.

4.3.3 - Matrizes para perfis.

4.4 - Efeito do inchamento do extrudado sobre o dimensionamento de uma matriz

4.5 - Matrizes para extrusão multicamada

4.5.1 - Matrizes planas para multicamada
4.5.2 - Matrizes anelares para multicamada.

4.5.2.1 - Estruturas desenvolvidas durante o processo de coextrusão (extrusão multicamada)

4.6 - Matrizes tubulares para extrusão de parison

4.6.1 - Extrusão contínua.
4.6.2 - Extrusão intermitente
4.6.3 - Extrusão múltipla de parisons.
4.6.4 - Controle da espessura do parison através da matriz

4.7 - Matrizes para recobrimento de fios e cabos.

Capítulo 5 - Exemplo de extrusão de um produto fabricado com polímero termoplástico

5.1 - Polipropileno - PP

5.2 - Estrutura do PP

5.2.1 - Cristalinidade e estereorregularidade
5.2.2 - Polipropileno isotáctico (iPP)
5.2.3 - Polipropileno sindiotático (sPP)
5.2.4 - Cristalização induzida por cisalhamento

5. 3 - Aditivação do polipropileno

5.3.1 - Agentes nucleantes
5.3.2 - Outros aditivos utilizados na produção de filmes de PP

5.4 - Filmes orientados

5.4.1 - Tipos de orientação
5.4.2 - Processo de orientação das moléculas

5.4.2.1 - Deformação de polímeros policristalinos
5.4.2.2 - Medida do grau de orientação
5.4.2.3 - Deformação de sistemas esferulíticos
5.4.2.4 - Medida do grau de orientação dos esferulitos

5.5 - Propriedades típicas dos polipropilenos

5.6 - Técnicas de orientação molecular

5.6.1 - Filmes planares
5.6.2 - Filmes tubulares
5.6.3 - Ensaios realizados em filmes orientados

Capítulo 6 - Injeção de termoplásticos

6.1 - Introdução ao processo de injeção

6.2 - Ciclo de injeção

6.3 - Comportamento dos materiais poliméricos nos canais de uma rosca

6.3.1 - Zonas da rosca da injetora
6.3.2 - Gradiente de temperatura na parte frontal da rosca de injeção
6.3.3 - Roscas com degasagem
6.3.4 - Roscas projetadas por computador

6.4 - Preparação da massa Fundida para injetar no molde.

6.4.1 - Parâmetros do processo de injeção.
6.4.2 - Características da injetora
6.4.3 - Cálculo da pressão de fechamento
6.4.4 - Regulagem das temperaturas das zonas de aquecimento de injetoras
6.4.5 - Contrapressão ou pressão para controle da plastificação na rosca da injetora
6.4.6 - Rotação da rosca

6.5 - Preenchimento do molde

6.5.1 - Fases de preenchimento do molde
6.5.2 - Pressões exercidas pelo pistão sobre o polímero na cavidade do molde
6.5.3 - Pressão de injeção na fase de preenchimento propriamente dito.

6.5.3.1 - Perda de pressão ao longo da cavidade do molde durante a pressurização e recalque

6.6 - Fluxo durante a fase de preenchimento da cavidade

6.7 - Fase de pressurização do polímero na cavidade

6.8 - Mais considerações sobre injetoras

6.9 - Encolhimento volumétrico de peças injetadas

6.10 - Otimização do ciclo de injeção

6.11 - Estruturação molecular do polímero durante a moldagem por injeção e seus efeitos sobre as propriedades do produto acabado.

6.11.1 - Efeito da cristalinidade e orientação sobre as propriedades
6.11.2 - Efeito de diversas variáveis nas propriedades do moldado
6.11.3 - Encolhimento versus orientação molecular.

6.12 - Linhas de solda e linhas de emenda

6.13 - Variações produzidas após a moldagem

6.14 - Efeitos do aquecimento por cisalhamento e pressão

Capítulo 7 - Moldes para injeção de termoplásticos

7.1 - Tipos de moldes

7.1.1 - Moldes com canais frios ou convencionais.
7.1.2 - Moldes de canais isolados
7.1.3 - Moldes com canais quentes
7.1.4 - Moldes de placas múltiplas ou stack molds
7.1.5 - Moldes com mandíbulas
7.1.6 - Moldes com macho central rotativo

7.2 - Sistema de canais

7.2.1 - Canal de injeção.
7.2.2 - Sistema de canais de alimentação/distribuição
7.2.3 - Ponto de injeção

7.3 - Disposição dos pontos de injeção

7.4 - Cavidades por molde

7.4.1 - Quantidade de cavidades no molde
7.4.2 - Disposição das cavidades no molde

7.5 - Dimensionamento dos canais

7.5.1 - Dimensionamento de pontos de injeção
7.5.2 - Dimensionamento de canais de alimentação e distribuição
7.5.3 - Cálculo de tempos de resfriamento
7.5.4 - Cálculo de perda de pressão ao longo de canais
7.5.5 - Cálculo de balanceamento de canais para preenchimento de múltiplas cavidades.

7.6 - Refrigeração do molde e dimensionamento do sistema de resfriamento

7.6.1 - Cálculo da transmissão de calor
7.6.2 - Cálculo da vazão do fluido resfriador
7.6.3 - Método alternativo para cálculo do tempo de resfriamento
7.6.4 - Líquidos utilizados para resfriamento de moldes

7.7 - Sistema de extração de peças da cavidade do molde

7.8 - Nervuras para reforço de peças moldadas por injeção

7.9 - Conicidade ou ângulo de saída

7.10 - Dimensões do molde x contração do polímero

7.11 - Materiais utilizados para construir moldes para injeção de termoplásticos

7.12 - Aspectos básicos que devem ser considerados em projetos de moldes

7.12.1 - Empenamento
7.12.2 - Linhas de solda.
7.12.3 - Linhas de emenda
7.12.4 - Chupados
7.12.5 - Pressão de empacotamento excessiva
7.12.6 - Aprisionamento de ar
7.12.7 - Variação da velocidade de injeção
7.12.8 - Fluxo multidirecional
7.12.9 - Instabilidade do fluxo no preenchimento do molde
7.12.10 - Determinação do número de pontos de injeção em um molde
7.12.11 - Posição ou localização dos pontos de injeção
7.12.12 - Projeto de canais em um molde de injeção.
7.12.13 - Considerações sobre projeto de peças

7.13 - Conclusões sobre alguns aspectos da qualidade de produtos injetados

7.13.1 - A resposta do material
7.13.2 - Aspectos do projeto do molde

7.14 - Propriedades dos termoplásticos necessárias para projetar moldes com auxílio da informática
7.14.1 - Banco de dados
7.14.2 - Caracterização de plásticos para utilização dos dados em bancos de dados
7.14.3 - Dados mínimos requeridos para análise do preenchimento e resfriamento
7.14.4 - Dados mínimos requeridos para análise de empenamento e encolhimento.
7.14.5 - Dados necessários para análise de empacotamento e recalque
7.14.6 - Dados opcionais para aumentar a precisão da análise.
7.14.7 - Discussão dos dados

7.15 - Injeção a gás
7.15.1 - Introdução à injeção a gás
7.15.2 - Ciclo da injeção a gás
7.15.3 - Mais considerações sobre a injeção do gás no molde
7.15.4 - Influência dos parâmetros de processamento na moldagem assistida a gás
7.15.5 - Considerações sobre projeto de moldes na injeção a gás
7.15.6 - Propriedades dos polímeros para Injeção a gás.

Referências bibliográficas

Silvio Manrich - Silvio Manrich
Formado em Engenharia de Materiais pela Universidade Federal de São Carlos, mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais pela mesma universidade, especialização em Polímeros na Connecticut Univesity EUA. Trabalhou nas empresas Indústria e Comércio Cardinali e Solvay do Brasil. Atualmente é professor no Departamento de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de São Carlos, onde ministra aulas de Processamento de Termoplásticos, Projetos de Moldes e Matrizes para Polímeros e Aditivação em Polímeros. Exerceu durante quatro anos o cargo de diretor executivo da FAI-UFSCar - Fundação de Apoio Institucional ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico. Foi fundador da ABPol – Associação Brasileira de Polímeros, na qual exerceu quatro mandatos como presidente e atuou durante doze anos como diretor administrativo.


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