Espumas de polietileno na Rotomoldagem

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O uso de materiais expandidos (espumas) vem crescendo na rotomoldagem devido à possibilidade do desenvolvimento de aplicações inovadoras e com maior agregação de valor.
A principal vantagem que podemos alcançar através do uso racional das espumas é a multiplicação da rigidez das peças. Porém, antes de falarmos em enrigecimento, é necessário compreendermos o conceito de módulo elástico. Existem testes padronizados para se determinar o módulo elástico de um material, sendo que o mais usado pela indústria do plástico é baseado em um ensaio de flexão. Esses testes são normalmente realizados através de um arranjo como o mostrado na figura 1. Um corpo-de-prova é submetido à uma força aplicada no ponto central entre dois apoios, que o sustentam. A resistência que o material oferece ao esforço de flexão é medida por uma célula de carga.

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Através do comportamento observado no teste, e conhecendo as dimensões do corpode-prova em questão, pode ser calculado o módulo elástico à flexão do material. Basicamente, quanto maior for o módulo de flexão de um material, mais rígido este será. O valor obtido sob estas condições padronizadas é uma característica do material. Entretanto, isso não significa que a rigidez que observaremos em peças fabricadas com o mesmo não possa ser melhorada. Na verdade, detalhes e recursos de projeto podem fazer com que se observe um grande aumento na rigidez de uma peça. Um dos recursos de projeto que pode gerar o maior aumento na rigidez é o uso de múltiplas camadas, cada uma delas sendo posicionada de maneira a otimizar o resultado do conjunto. Esse tipo de construção é também conhecido como “estrutura sandwich”, sendo um recurso muito utilizado pela indústria naval e aeroespacial, onde a obtenção de peças muito leves e rígidas é essencial. O ganho de rigidez é baseado no princípio de que um material submetido à esforços de flexão sofre tensões de níveis e tipos diferentes em cada região. Assim, pode-se usar o material mais adequado em cada uma delas.

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A figura 2 ilustra a seção transversal de um material submetido à deformação por flexão. O nível e a modalidade das tensões que acontecem ao longo da espessura deste material são variados. A face onde é aplicada pressão positiva sofre compressão, enquanto que a face oposta sofre tração. As superfícies são os limites extremos, e são nessas regiões em que acontecem os maiores níveis de tensão. Caminhando na direção do centro da espessura, o nível de tensão vai sendo reduzido até chegar a um ponto em que o seu valor é efetivamente zero.

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A figura 3 mostra esquematicamente as diferentes modalidades e níveis de tensão. A linha tracejada representa a condição de tensão nula (linha neutra). Por este motivo, nas camadas centrais, podemos usar materiais mais leves, pois eles serão submetidos à ní- veis de tensão muito mais baixos que nas proximidades da superfície. A principal função das camadas internas é garantir que as duas superfícies se comportem de maneira combinada. Assim, as camadas superiores não podem ser comprimidas livremente e nem as camadas inferiores podem se expandir de forma independente.

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Este conceito básico tem sido extensivamente usado em aplicações de engenharia há muito tempo. São muito comuns as estruturas metálicas feitas de perfis de aço conhecidos como “vigas I”, mostrado na figura 4. Esses elementos concentram a maior quantidade de massa nas regiões em que ocorrerão os maiores níveis de tensão, usando a massa de forma mais eficaz. Voltando à rotomoldagem, percebemos que é possível tirar grande proveito do enrigecimento proporcionado pelo uso das espumas. Muitas vezes, o processo não é escolhido para a produção de determinadas peças devido à falta de rigidez dos materiais disponíveis. O uso de elementos enrigecedores convencionais, tais como as nervuras, exige atenção aos efeitos de concentração de tensão e perda de rigidez no sentido transversal ao reforço, que estas soluções normalmente implicam. Um estudo empírico sobre o uso de espumas foi realizado para determinar as possibilidades reais de aumento de rigidez na rotomoldagem. Usou-se polietileno não expandido e espumas em espessuras e número de camadas variados. Os resultados são apresentados na tabela 1. Vemos que foi possível alcançar um aumento de mais de sete vezes em relação à rigidez original, mantendo-se o peso da peça. O melhor resultado foi alcançado através do uso de três camadas com significativa redução na espessura das camadas não-expandidas.

Além do aumento na rigidez, peças feitas com essa tecnologia apresentam muito bom isolamento térmico, o que permite a sua utilização em projetos que envolvam a conservação de temperatura. Nessas aplicações, a espuma de polietileno tem substituído o processo tradicional que usa espuma de poliuretano como isolante térmico. A condutividade térmica de uma espuma de polietileno pode chegar a 0,040 W/m.0C, enquanto que a espuma de poliuretano alcança níveis de 0,025 W/m.0C. Isso significa que o isolamento térmico de uma espuma de polietileno deve ser aproximadamente 60% daquela apresentada pela espuma de poliuretano. Em geral, este nível de isolamento térmico já é suficiente para a grande maioria das aplicações, o que faz com que as vantagens do uso das espumas de polietileno sobre as espumas de poliuretano superem esta diferença na performance térmica. A principal vantagem é a maior durabilidade dos produtos, uma vez que a aderência da espuma com as camadas externas será muito mais alta. Peças rotomoldadas com preenchimento de poliuretano podem falhar prematuramente devido ao descolamento entre camadas causado por impactos durante o uso. Após aberta alguma fissura, o espaço gerado entre as cascas e a espuma pode absorver líquidos do ambiente, causando problemas de higiene e, na prática, inviabilizando o uso da peça.

Importância crescente também tem sido dada ao fator ambiental. As peças produzidas totalmente com polietileno, diferentemente daquelas em que se usa a composição com o poliuretano, podem facilmente ser recicladas. Isso representa também a segurança de que o produto não sofrerá restrições ambientais no futuro.

A C6 Tecnologia pode lhe ajudar na implantação do seu projeto usando espumas de polietileno. Nós temos larga experiência na produção de peças com espuma de polietileno, o que garante que a rigidez e o isolamento térmico que o seu projeto exige serõ alcançados. Mais uma vez, colocamos a experiência da C6 Tecnologia à disposição dos rotomoldadores brasileiros para atingirmos o nível mais alto da rotomoldagem mundial. Entre em contato conosco através do contato@c6tecnologia.com.br para discutirmos o seu projeto.

Este artigo foi originalmente publicado na edição de Novembro de 2005 no informativo PeriódICO da ICO Polymers (atualmente parte da A.Schulman), assinado pelo mesmo autor.

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