Originalmente, a disponibilidade de folhas de materiais termoplásticos deu origem à ideia de construir moldes femininos, colocando sobre eles uma folha desses materiais, fixando-a de modo que o vão entre o molde e a peça fosse selado, aquecendo-o até seu amolecimento temperatura e fazer o vácuo no referido furo, para que o material se estique e se adapte à superfície do molde.Uma vez que a peça está fria, ela é extraída, o excesso de material é aparado e uma peça acabada é obtida.Como alternativa, em vez de aplicar vácuo entre o molde e a chapa, pode-se aplicar pressão sobre ela para obter um resultado semelhante, ou ambas as técnicas podem ser combinadas para estampagem profunda.Dado que a chapa é esticada, pode acontecer que o seu desbaste ocorra em zonas indesejáveis, para além de poder ser necessário obter uma moldura de espessura mais ou menos regular ou uma grande profundidade de estampagem.Para tanto, foram desenvolvidas técnicas de pré-estiramento por diversos meios, punção ou sopro prévio, que permitem obter maior regularidade de espessura.A adaptabilidade do processo a grandes séries, especialmente em bandejas de pequeno porte para a indústria alimentícia, levou ao desenvolvimento de máquinas de moldagem sequencial com moldes multicavidades e sistemas automatizados de alimentação e transporte da chapa, puncionamento e empilhamento. das peças.No entanto, trata-se também de um processo que se adapta ao fabrico de peças de grande dimensão, sendo aqui ilustrado o maior de uma série de barcos finlandeses moldados em chapa ABS com um comprimento de 4,70 m.É também o procedimento utilizado para fabricar grandes banheiras (spa) em chapa de metacrilato, depois reforçadas com um suporte de poliéster/vidro.A variedade de materiais com que os moldes podem ser feitos, desde gesso reforçado com fibra de vidro até aço, com especial preferência pelo alumínio, dada a sua condutividade térmica e facilidade de usinagem, tornam estes procedimentos particularmente adequados para séries curtas, lotes piloto e até protótipos .A velocidade da moldagem depende fundamentalmente do ciclo térmico.Cada tipo de material e cada grau de desenho significa que é necessário trabalhar em uma área alta ou baixa da janela térmica de cada polímero.Otimizar a troca de calor significa reduzir o tempo total do ciclo que precisa ser usado.2 - Métodos de conformaçãoO sistema mais simples é o estiramento de uma folha em estado semi-plástico em um molde.À medida que a chapa encontra a superfície do molde, o estiramento é interrompido e, como resultado, as partes da chapa que tocam primeiro no molde são mais espessas do que as demais.Se o estiramento for pequeno, a integridade da peça não é comprometida e, portanto, é o procedimento mais utilizado no recipiente do tipo "blister" e nas embalagens do tipo bolha.2.1 - Formação de estágio únicoSe for necessário um alto grau de estiramento ou for utilizada chapa grossa, não é possível utilizar o sistema anterior.Existem cinco métodos que realizam a conformação em um único estágio.A.- Formada por adaptação: a chapa quente é abaixada sobre o molde macho ou levantada para que se adapte à sua forma.A adaptação é completada criando um vácuo entre o molde macho e a chapa, ou aplicando pressão de ar sobre ela.Os produtos deste processo têm uma grande espessura na parte inferior que diminui até ser mínima nas bordas.B.- Moldagem a vácuo: a chapa é fixada na borda do molde fêmea, efetuando-se então um vácuo conforme indicado inicialmente.Ao contrário do processo anterior, a espessura da peça é maior nas bordas e menor nas bordas da parte inferior.C.- Conformação por pressão: semelhante à moldagem a vácuo, também é aplicado ar comprimido de até 1,4 MPa na chapa, de modo que o sistema requer uma câmara superior fechada.Este procedimento é utilizado para formar chapas de pequena bitola de materiais como PP, que são fornecidas em rolos, ou para transformar chapas grossas em peças com detalhes superficiais finos.D.- Sopro livre: aplica-se ar comprimido entre uma câmara que substitui o molde, que não existe neste caso, e a folha para obter uma bolha, cuja altura é controlada por uma fotocélula.Como a bolha formada a partir da chapa não toca em nenhum elemento metálico, ela não apresenta marcas e, exceto nas proximidades da moldura de fixação, possui espessura regular.O ar resfria a bolha para endurecer a peça.O sistema é amplamente utilizado em embalagens "blister" (que significa, precisamente, "ampola") feitas de folha fina fornecida em rolo.E.- Molde e contra-molde: utilizado para formar peças de polímeros relativamente rígidos, como espuma PSO vácuo pode ser aplicado ao molde fêmea para auxiliar na formação.Embora as pressões de fechamento sejam em torno de 0,35 MPa, se forem aplicadas forças da ordem de 1 MPa, também pode ocorrer algum movimento do material.2.2 - Conformação em várias etapasA principal desvantagem dos métodos descritos é a dificuldade em controlar a espessura em peças complexas que possuem arestas com raios pequenos ou estampagem profunda, principalmente quando se formam chapas de espessura significativa.Por esse motivo, foram desenvolvidos métodos com mais de uma etapa, sendo a primeira geralmente uma forma de estiramento da folha.Existem inúmeras variantes que são brevemente descritas, com gráficos para facilitar a compreensão Figura 1. A termoformagem permite a moldagem de uma ampla gama de tamanhos: desde pequenas unidades para embalagens de alimentos até barcos esportivos, como o maior do finlandês Trehi, que tem um comprimento de 47,70 m, feito de chapa ABS, reforçada com sanduíche de espuma de poliuretano.1.- Desenho da bolha: forma-se uma bolha conforme descrito acima e um molde macho desce abaixo.À medida que eles se fecham sobre as bordas da folha, um vácuo é aplicado entre eles e a pressão do ar é aplicada na câmara inferior.2.- Vácuo com fundo: inversamente ao anterior, a bolha é formada por meio de vácuo entre a chapa e a câmara inferior.O molde macho desce e completa a conformação, criando um vácuo entre ele e a chapa e aplicando ar comprimido entre esta e a câmara.3.- Vácuo com bolha: utiliza-se um molde fêmea e aplica-se ar pressurizado entre o molde e a chapa.Uma vez que a bolha é formada, é feito um vácuo entre ela e o molde.4.- Vácuo assistido por pistão: para garantir a espessura do fundo e suas bordas, um pistão macho com sua contraforma desce sobre a chapa até entrar em contato com a cavidade fêmea, entre a qual se aplica o vácuo para completar a moldagem.5.- Pressão assistida por pistão: combinando o método anterior com uma câmara superior, este sistema aplica pressão de ar na chapa, e o molde fêmea possui orifícios de ventilação que podem ou não ser ligados a uma bomba de vácuo.6.- Pressão assistida com pistão com estiramento inverso: como no método anterior, mas com uma etapa anterior de formação de bolhas com ar pressurizado do molde inferior, até tocar o pistão, que então desce até entrar em contato com o molde feminino.7.- Vácuo assistido por pistão com bolha: como no método anterior, mas sem câmara superior para aplicar pressão.8.- Formação de pressão com imersão de bolhas: neste caso, como no vácuo com fundo, utiliza-se uma câmara inferior, que permite a formação da bolha, e um molde macho superior que desce em contato com ela, completando a moldagem. com a pressão da câmara.2.3 - Outras variaçõesAlguns tipos de plásticos apresentam características que tornaram necessário o desenvolvimento de outras técnicas.A formação de chapa suportada é usada para moldar chapas altamente orientadas (OPS) ou sensíveis ao calor (PP, PE), que são aquecidas apoiadas em uma chapa porosa.Ao atingir a temperatura de moldagem, a chapa é aplicada contra o molde fêmea por aplicação de ar comprimido através dos poros da chapa ou é criado um vácuo entre a chapa e o molde.Na formação de deslizamento, a chapa quente não é mantida firmemente com a estrutura de fechamento de modo que, quando a pressão diferencial é aplicada, ela desliza sobre a borda e para dentro da cavidade.Em um determinado momento, a força de fechamento é aumentada e a moldagem por estiramento da folha é concluída.O processo é semelhante à estampagem profunda de chapas metálicas com prensa.Figura 2. Os tamanhos das máquinas variam mais em função do tipo de aplicação e série do que em relação ao tamanho das peças a serem produzidas.Esta máquina compacta, ao contrário da grande unidade da capa da reportagem, produz peças várias vezes maiores e incorpora toda a automação necessária.Folhas de plásticos facilmente rasgados (PET, PA) são formadas por moldagem por membrana ou diafragma, na qual a folha repousa sobre uma espessa membrana de neoprene aquecida, disposta no lado oposto da cavidade do molde.Ao introduzir pressão entre a membrana e a câmara inferior, obtém-se um estiramento muito regular e torna-se possível o estiramento profundo.A moldagem de folha dupla é uma técnica que compete com a moldagem rotacional se usada para chapas grossas.Duas chapas são aquecidas paralelamente e, ao chegarem à estação de sopro e/ou vácuo, encontram-se em suas bordas enquanto um microtubo de sopro é inserido entre elas, através do qual é fornecido ar comprimido que conecta ambas as chapas, com moldes fêmeas voltados um para o outro.As peças ocas produzidas desta forma geralmente têm uma profundidade limitada e podem ser preenchidas com espuma de PUR para dar maior consistência.Uma técnica semelhante é aplicada ao recipiente, permitindo a recuperação dos resíduos de aparas dos diferentes filmes plásticos que são necessários para conferir estrutura e propriedades de barreira diferenciadas.Os materiais de barreira mais eficazes são os plásticos incompatíveis (EVOH, PA, PP, PET, PVDC).Os filmes plásticos que vão formar o recipiente, alimentados em rolos, passam individualmente por aquecedores dispostos em sanduíche e são então moldados juntos.Na saída do molde, as peças são puncionadas e separadas, que são aderidas por contato, e a membrana dos filmes restantes é separada e os diferentes filmes são laminados individualmente para recuperação.Finalmente, se as forças de termoformagem são aumentadas, este processo imita a deformação do metal.A pressões da ordem de 1,75 MPa ou mais, o processo assemelha-se ao desenho de uma folha de flandres.Indo até cerca de 14 MPa, o processo torna-se semelhante ao forjamento e foi demonstrado que produtos úteis podem ser feitos por conformação por impacto de alta velocidade (DOW STP).3 - Máquinas de termoformagemDo ponto de vista de máquinas e equipamentos, o processo de termoformagem pode ser analisado de acordo com:- a estação de formação, incluindo a estrutura da máquina, a mesa de formação com o sistema de acionamento e o sistema de ejeção;- o sistema de vácuo e a pressão do ar;- o quadro de estiramento da folha e o mecanismo de transporte;- o sistema elétrico ou eletrônico para automação;- equipamentos adicionais (manuseio de chapas, ajuste, corte).3.1 - AquecimentoA temperatura da chapa deve atingir o ótimo com uma tolerância de 5 C e durante o transporte para a estação de moldagem não deve cair mais de 5 a 10 C. As diferentes técnicas incluem:ni/cr fio de aquecimento,barras de resistência metálicas,placas radiantes aquecidas a gás,placa de quartzo ou aquecedores de haste,placas de cristal de quartzo.A temperatura da superfície do aquecedor é controlada por termopares ou termistores e o aquecimento da chapa é estabelecido em relação ao tempo, geralmente por iteração.Fios de aquecimento e varetas de resistência são baratos, mas deterioram-se rapidamente por oxidação.Aquecedores de quartzo são muito eficientes e não se deterioram, mas são caros.Eles são preferidos para altas temperaturas e necessidades de aquecimento seletivo de zona.Embora o aquecimento infravermelho seja o mais comum, algumas chapas podem ser aquecidas por contato com uma placa de metal quente ou por convecção em um forno de circulação de ar.O aquecimento por energia de radiofrequência (RF ou micro-ondas) exige que o material absorva essas frequências, como no caso do PVC.Outros materiais podem usar o sistema se forem adequadamente dopados com materiais como o negro de fumo, cujas partículas começam a vibrar nessas frequências, fazendo com que o material aqueça.3.2 - Transporte das folhasO método mais comum para o material alimentado em rolos é o arrasto por meio de olhais ou espigões, espaçados em cerca de 25 mm, montados em correntes paralelas que penetram na borda do material a partir do fundo e o transportam até o final do ciclo.Para folhas mais grossas, são usadas garras que podem voltar à medida que a folha é aquecida e se expande, mantendo-a plana.A transferência da chapa é realizada entre batentes, com precisão da ordem de 0,25 mm.As placas cortadas são mantidas por armações duplas, geralmente acionadas por ar.Para evitar que a placa desmorone quando aquecida, ela é apoiada por uma almofada de ar pressurizado.Os quadros se movem por meio de trilhos de vis sem fim ou com pistões pneumáticos ou hidráulicos.Nos equipamentos mais simples, a placa é mantida no molde fêmea e o elemento de aquecimento se move sobre ela.Esses conjuntos de moldagem de chapas cortadas também podem ser montados em um carrossel, que realiza uma operação diferente em cada estação de sua rotação.3.3 - Plataforma de formaçãoA estação de moldagem deve incluir todos os elementos necessários para pré-esforçar a chapa a partir da qual a peça será formada, para resfriá-la e extraí-la do molde.Para moldagem sob pressão de peças maiores que 300 mm ou mais de 600 mm de comprimento, o acionamento dos moldes requer uma estrutura tipo prensa com barras de apoio grandes, normalmente quatro.Deve ser fácil manter e trocar os moldes e ajustar a altura de sua abertura, bem como conectar os meios de refrigeração ou controle de temperatura.A altura total deve ser suficiente para moldagem ou pré-estiramento assistido por bolha e/ou pistão.Os meios de resfriamento da superfície e do molde são importantes: sopradores, turbinas, jatos de ar resfriado, bicos de névoa, etc.A estrutura de suporte deve ser adequada para suportar moldes pesados ​​e deve haver volume suficiente para ventilação das câmaras do molde.O fácil acesso às linhas de vácuo e ar comprimido deve ser possível.Quando o sistema de desmoldagem/expulsão não estiver integrado ao molde, é necessário fornecê-lo.O conjunto pode ser completado com a bigorna de corte no molde, lâminas e sistema de arrasto mecânico e, eventualmente, corte e coleta de resíduos.4 - Comportamento do materialO material mais utilizado na termoformagem é o PS, tanto em chapas quanto em espuma extrudada.No primeiro caso, como em outras chapas tradicionais, não é necessária mais sofisticação do processo do que a descrita.No entanto, para obter a estampagem de espuma profunda (EPS), a formação de pressão não é suficiente porque a pressão interna do gás contido nas células dificulta.Uma solução é o aquecimento com vapor, que se difunde rapidamente pelas células e a estampagem profunda é obtida a temperaturas da ordem de 105°C.Tem sido necessário desenvolver novas técnicas de moldagem de materiais como PP e C-PET, como o SPPF (solid phase pressure formando), que exigem técnicas sofisticadas de controle de aquecimento e outras fases do processo, além de novos cortes e reciclagem filosofias.Essas técnicas foram transportadas para outros processos e os melhoraram consideravelmente.Esses avanços exigem uma melhor compreensão do processo.Por exemplo, até o desenvolvimento da conformação C-PET, todo o processo começava e terminava com o polímero no estado "A".Com PET cristalino, uma folha amorfa de PET altamente nucleado é aquecida muito rapidamente.A folha começa a cristalizar e continua a fazê-lo à medida que se forma no molde.A folha de PET inicial é essencialmente amorfa e tem 0% de cristalinidade.No momento de tocar o molde quente pela primeira vez, tem 8-10% de cristalinidade e quando é extraído chega a 30% a 35% e torna o material capaz de suportar temperaturas de até 200 C por 1 hora, tendo transformado um material com propriedades "A" em outro com propriedades "B".Figura 3. A moldagem é completada com instalações automatizadas para todas as operações auxiliares, adaptadas ao sistema de translação das chapas formadas, para que as instalações de puncionamento (corte) como a ilustrada tenham movimento vertical em ambas as metades da matriz.Quase todos os materiais que são termoformados carecem de enchimentos ou reforço de fibra.As exceções são PP-FV (reforçado com fibra de vidro) ou PA-CF (reforçado com carbono) para aplicações automotivas.Essas folhas devem ser aquecidas a temperaturas acima da temperatura de fusão do polímero e depois forjadas a altas pressões para mobilizar as fibras de reforço rígidas.Outras fibras menos rígidas, como PET, PA-66 e PEAD altamente orientado, podem reforçar plásticos de baixa Tg sem exigir condições atípicas de termoformagem, embora com perda de características mecânicas devido à alta elasticidade dessas fibras.Outros materiais, como polímeros de cristal líquido, são auto-reforçados, suas moléculas alongadas orientam-se na direção do alongamento.Os plásticos amorfos têm essencialmente estruturas semelhantes ao vidro, pelo que as técnicas utilizadas na moldagem do vidro podem ser aplicáveis ​​a estes plásticos.Sabe-se, por exemplo, que o vidro amorfo quente não é penetrado por uma barra fria se for aplicado em alta velocidade.Essa técnica também funciona com alguns plásticos, como PS e PET.Se a barra dobrar durante a inserção, um recipiente de fundo quadrado pode ser formado mecanicamente.O desenvolvimento de novas ligas poliméricas com comportamentos diferenciados também pode permitir o desenvolvimento de novos métodos de termoformagem.5 - Moldes para termoformagemSalientou-se que o processo é particularmente adequado para a fabricação de protótipos e séries pequenas ou piloto.Para este tipo de produção, os moldes podem ser muito baratos e a seleção do material depende basicamente da qualidade da superfície desejada.Deve-se notar que geralmente são moldes fêmeas e que é necessário ter furos finos neles para efetuar o vácuo através deles, estando o molde contido em uma câmara na qual o vácuo é criado.Os furos não devem ser tão grandes que resultem em marcas na peça e devem ser distribuídos de forma adequada, tendo em conta que são eles que produzem as zonas de sucção.Os moldes de madeira são feitos de madeira seca em estufa para evitar deformações devido ao ciclo térmico do processo.Se tiverem que ser construídos em partes, são encaixados ou colados com resorcinol ou adesivo epóxi.Os orifícios de ventilação são feitos com um pequeno diâmetro a partir da face de trabalho e o diâmetro é aumentado até próximo à superfície perfurando a partir da outra face.Podem ser acabados com vernizes epóxi ou poliuretano.A madeira, fácil de usinar, também pode ser usada para construir protótipos de pistão em moldes metálicos finais e obter a melhor forma por iteração.Moldes de gesso, especialmente se reforçados com 5% de fibra de vidro picada, são surpreendentemente duráveis.Para confeccioná-los, é necessário um modelo com resistência suficiente para suportar a temperatura de presa do gesso (ca. 100 C), no qual são inseridos fios rígidos revestidos com desmoldante, que servem para formar os orifícios de ventilação.Uma primeira camada fina relativamente rica em água proporciona uma boa qualidade de superfície.O restante da fundição é então preparado e derramado sobre esta camada, despejando a quantidade adequada de gesso sobre a água (e não o contrário), misturando cuidadosamente e vibrando o ar preso. estes são cobertos com um tubo de plástico fino.Sabões ou parafina dissolvidos em terebintina são geralmente usados ​​como agente desmoldante.O molde endurece em cerca de 30-50 minutos e pode ser removido, mas deve-se deixar secar, para que adquira consistência suficiente, até que um fósforo possa ser aceso riscando sua superfície.Deve-se levar em consideração que o gesso sofre uma expansão significativa durante a presa.Os moldes podem ser envernizados, após a aplicação de um primer (goma-laca).Na Universal Plastics nós.33 e 34 pode ser encontrada uma descrição muito extensa dos sistemas de fabricação de moldes para RTM, tanto em compósito como em galvanoplastia, que podem ser considerados igualmente adequados para termoformagem.As séries que podem ser produzidas com os moldes de compósito com matriz de poliéster normalmente chegam a 500 peças sem danos, que eventualmente podem ser reparadas com massa de poliéster para carroceria.Existem formulações no mercado para fazer moldes de fundição epóxi que podem suportar o aquecimento e ter uma duração significativa.Os moldes por deposição galvânica e suporte de latão podem ser considerados moldes para séries médias e se o suporte for de epóxi têm uma duração um pouco menor.Outros materiais para fazer os moldes incluem metais macios depositados por pulverização por fusão e fundições de kirksite ou kayem.Devido à sua condutividade térmica, os moldes de alumínio são os mais populares para este processo.Os moldes de alta qualidade são usinados e para moldes mais baratos pode-se usar a fundição, embora geralmente tenha porosidades que criam problemas nas proximidades dos dutos de regulação térmica.Os moldes de aço para esses processos, como as pressões são quase sempre muito inferiores às dos processos de injeção, podem ser construídos com aços menos conflitantes para usinagem e brunimento, além de apresentarem menor risco de deformação no endurecimento.6 - Campos de aplicaçãoEstabelecendo um símile com a estampagem de metal, qualquer forma que possa ser feita em chapa metálica é, em princípio, alcançável por termoformagem.Consequentemente, as limitações do processo são estabelecidas pelas formas dos produtos.Peças com rebaixos podem ser fabricadas em moldes com sliders sem problemas tão importantes quanto na moldagem por injeção, pois o material não atinge o estado fundido.Alguns dos processos citados possuem ciclos extremamente rápidos e, do ponto de vista econômico, o sistema apresenta uma série de vantagens, mais aparentes quando as séries não são muito altas, devido ao baixo custo dos moldes e sua configuração mais avançada. rápido.Verificou-se nos últimos anos que o processo está competindo com a injeção em grandes séries por peças de tamanho significativo.Algumas aplicações como as mencionadas para a construção de barcos ou vasos sanitários possuem tamanhos inviáveis ​​para outros processos termoplásticos.Mas a grande utilização desses procedimentos encontra-se na área de embalagens.As máquinas de termoformagem fazem bandejas para produtos alimentícios ou são combinadas com equipamentos de enchimento para produzir itens embalados, permitindo que vários plásticos sejam combinados para obter propriedades de barreira comparáveis ​​à coextrusão, mas permitindo a reciclagem seletiva de materiais constituintes.Também na construção civil, clarabóias para coberturas e outros itens como calhas de drenagem são produzidos por essa técnica por meio de escalonamento, comparável à fabricação de perfis de aço.Este é um dos processos que permite a utilização de chapas com um grau significativo de reforço de fibras, superando assim a limitação de resistência mecânica que se impõe aos produtos de termoformagem devido ao nível de resistência das chapas a transformar.É, portanto, um dos primeiros processos de moldagem que foram desenvolvidos sem perder destaque ao longo dos anos.Subscreva a nossa Newsletter - 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