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Apostilas de Design sobre o estudo do Acrílico, Propriedades do acrílico, Processo de Fundição ou Cast, Processo de Extrusão.
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Os termoplásticos acrílicos (PMMA) são obtidos da polimerização dos ésteres acrílicos, gerando materiais como as chapas fundidas ou “cast”, chapas extrusadas, tubos, tarugos, filmes e grânulos para moldagem por injeção ou extrusão. As chapas fundidas são produzidas com ampla variedade de tamanhos e espessuras, sendo as maiores disponíveis em 3x 2 metros, e espessuras variando entre 1 a 24 mm. As chapas “cast”, fundidas entre placas de vidro, possuem excelentes propriedades óticas e acabamentos das superfícies, além de serem oferecidas em uma grande variedade de cores e composições. As chapas acrílicas fundidas são fornecidas com formulações básicas para uso geral e com propriedades de absorção de raios ultravioleta, espelhadas e com características de alta termoformabilidade. Todas as chapas acrílicas fundidas são fortes, estáveis, resistentes às condições do tempo e termoformáveis; disponíveis nas opções transparentes, translúcidas e em cores opacas, combinando com uma variedade de texturas superficiais.
As chapas extrusadas são produzidas pela compressão dos grânulos acrílicos através de uma rosca de extrusão convencional. O acrílico é fundido e empurrado através de uma matriz em um processo contínuo, possibilitando uma variedade de larguras e comprimentos. O processo de extrusão é a opção mais econômica para a produção de chapas acrílicas. A chapa extrusada é a alternativa de menor custo dentre as outras opções, entretanto, linhas de fluxo e distorções podem ocorrer. São utilizadas quando a qualidade é “boa o suficiente” e a economia do projeto é quem dita as regras.
O revestimento ou “coating” nas superfícies das chapas estão disponíveis tecnicamente, porém, a um preço especial para necessidades anti-risco dos produtos finais. Atualmente existem inúmeros processos de revestimento de superfícies, os quais depositam uma película estável às superfícies, ampliando significativamente a resistência ao risco, a facilidade de limpeza e resistência a produtos químicos, eliminando, porém, a capacidade de termoformagem.
Quando o acrílico é escolhido para determinada aplicação, deve-se lembrar que transparência, brilho e as dimensões finais das peças não são afetadas pela exposição de anos a maresia ou a ambientes com atmosfera corrosiva. As chapas acrílicas também resistem à luz de lâmpadas fluorescentes sem escurecer ou deteriorar. Elas desbotam quando expostas à intensa luz ultravioleta com emissões abaixo de 265 nm, contudo, formulações especiais resistem a emissões de fontes de luz ultravioletas como lâmpadas de vapor a mercúrio e sódio.
Adiciona-se pigmentos ao monômero visando produzir um amplo espectro de cores transparentes, translúcidas ou opacas. A maior parte das cores são
HISTÓRICO
Apesar dos monômeros acrílicos serem conhecidos desde 1843, sua expansão começou a ocorrer somente em 1901 com os estudos realizados na Alemanha pelo Dr. Otto Rohm. Em 1927 a Rohm & Haas produziu industrialmente o primeiro polímero acrílico (polimetil acrilato) sob o nome de “acrilóide” e “plexigum”, o qual foi vendido com uma solução do polímero em solvente orgânico e foi usado principalmente em lacas e formulações para revestimentos superficiais.
Em 1932, o inglês J. W. C. Crawford da ICI desenvolveu um método simples e econômico de se obter o metil metacrilato, enquanto que, seu companheiro, Rowland Hill estudava em profundidade a polimerização deste monômero.
Atualmente, essa classe de polímeros é representada por inúmeros materiais, sendo o poli (metilmetacrilato) para plásticos e tintas e as fibras de poliacrilonitrila para uso têxtil os que apresentam maior interesse comercial.
Comercialmente, o poli (metilmetacrilato) é fornecido na forma de chapas e de grânulos ou pó para moldagem o qual é moldado pelas técnicas convencionais de transformação dos termoplásticos.
O acrílico é um polímero (poli = muitas; mero = partes), pois é constituído de grandes moléculas formadas por muitas unidades químicas (mero) que se repetem.
Pertence a família dos termoplásticos devido à possibilidade de conformá-lo com a aplicação de calor ou solvente.
O metacrilato de metila pode ser facilmente polimerizado pelas técnicas de polimerização em massa, solução, suspensão e emulsão.
POLI MERO
UNIDAD E DE MUI
Destilado e filtrado
Solução com aditivos (iniciador, plastificantes)
Nitrogênio
Condensado
A obtenção de chapas Fundidas ou “Cast” se faz pelo processo de batelada, utilizando lâminas de vidro de alta qualidade superficial como moldes. A polimerização inicia-se com uso de catalisadores e ação da temperatura e é feita dentro de autoclaves, estufas ou banhos de água quente.
Assim se obtém chapas com alta transparência, grande resistência mecânica, mínimas tensões térmicas e distorções ópticas.
Preenchimento dos Moldes Carregamento das chapas
Manuseio interno das chapas após polimerização
Obtenção da Resina Acrílica para Extrusão
Processo de Extrusão
Para a obtenção das chapas utiliza-se a resina acrílica na forma de pó ou no formato de grânulos, que passa por uma extrusora seguida de calandragem em processo contínuo.
Possui excelente regularidade de espessura com variações inferiores a +/ - 5%, consegue-se chapas com comprimento de até 6 metros, ou maiores se desejado. Seu custo é inferior ao das chapas Fundidas devido a alta produtividade.
Dados Comparativos entre as chapas Fundidas e Chapas Extrusadas
PROPRIEDADES
1. FÍSICAS E ÓTICAS CHAPAS^ CAST EXTRUSADAS Densidade ISO 1183 - A, C ou D g/cm³ Absorção de água (após 24 hs a 23°C) ISO 62-1 % Índice de refração ISO 489-A nD Transmitância luminosa total (p/ cristal)^ ISO 13468-1 % 2. MECÂNICAS Resistência à tração ISO 527 MPa min. 70 min. 60 Resistência à flexão ISO 178 MPa 110 110 a 115 Resistência ao impacto Charpy ISO 179/1fU KJ/m2 min. 13 min. 8 Dureza Rockwell ISO 2039-2 Escala M 100 90 a 95 3. TÉRMICAS Temperatura de amolecimento Vicat ISO 306 - B50 °C min. 105 min. 88 Temperatura de deflexão sobre carga ISO 75-2 / A °C 98 80 A 101 Coeficiente de expansão linear ISO 11359-2 K - Variação dimensional em temperatura elevada (contração)
Anexo A da Norma NBR 7823-1 ( para Cast )
% máx. 2,
de 10 a 20 % ( depende da espessura )
MÉTODO DE ENSAIO (^) UNIDADE VALORES
1, 0, 1, min. 90
Obs: informações definidas nas normas NBR ISO 7823-1 e 7823-
7 x 10-
Comparação entre chapas ‘cast’ x extrusadas
As chapas extrusadas podem substituir as chapas fundidas ou “cast” em numerosas situações. No entanto, ao efetuar a escolha de um tipo de chapa, seja qual for a aplicação desejada, torna-se importante considerar tanto as condições de trabalho que a chapa estará submetida na utilização final quanto ao método de processamento para transformar a chapa em artigo final, assim como o custo envolvido.
Usualmente a chapa extrusada é uma opção adequada quando se deseja otimizar a relação custo-benefício, aliada a uma menor variação de espessura em relação às chapas “cast”.
As chapas extrusadas podem ser encontradas comercialmente com espessuras que variam entre 1,5 a 20 mm, conforme pode ser demonstrado na tabela abaixo. Convém salientar a menor resistência térmica, química e ao impacto, bem como uma menor viscosidade e memória do polímero fundido, comparativamente às chapas fundidas de mesma espessura.
Estas propriedades são resultantes principalmente do menor peso molecular do PMMA empregado no processo de extrusão, comparativamente à
polimerização a partir do monômero durante o processo de fabricação das chapas “cast”, bem como à maior orientação molecular resultante do fluxo através da matriz da extrusora.
As ferramentas usadas para processamento das chapas extrusadas devem utilizar velocidades de corte e perfuração em torno de 20% inferior àquelas utilizadas para chapas “cast”, visando não “grudar” na chapa. O ideal é refrigerar a ferramenta com ar comprimido, testando o processo antes de partir para produção do artigo final. Cuidados durante o polimento também se fazem necessários para não exercer pressão demasiada contra os rolos de polimento, de forma a não aquecer demasiadamente a chapa.
O processo de colagem é similar ao das chapas “cast”, porém, os componentes da cola não devem atacar a chapa extrusada, sendo necessária portanto uma cola específica.
Filmes estiráveis ou encolhíveis de PVC podem atacar as chapas acrílicas, tanto “cast” quanto extrusadas, gerando fissuras e perda de brilho superficial.
Assim como acontece com todos os termoplásticos, tanto as chapas “cast” quanto as chapas extrusadas possuem resistência a tração e alongamento em função da temperatura, variando de cerca de 70 MPa e 5% a 20°C a cerca de 25 MPa e 23% a 80°C.
A resistência das chapas extrusadas às intempéries é similar às chapas “cast”, para formulações similares, sendo superior aos demais materiais poliméricos, inclusive policarbonato. Isso pode ser claramente constatado através da transmitância das chapas acrílicas após 10 anos de exposição, atingindo cerca de 90%, com base no valor inicial de 92%.
Outro aspecto comum entre os dois tipos de chapas acrílicas é quanto a reciclabilidade. As aparas das chapas extrusadas podem ser moídas e realimentar a extrusora, enquanto que as aparas das chapas “cast” podem ser destiladas, regenerando-se e obtendo-se novamente o monômero. A quantidade de reciclados nas chapas extrusadas varia em função das propriedades e exigências de qualidade do produto final reciclado. Usualmente valores de até 10% de reciclados não afetam significativamente as propriedades das chapas.
Comparativo entre Chapas Fundidas Originais x Recicladas
Atenção especial deve ser dada às chapas recicladas, pois são oferecidas com propriedades semelhantes às chapas de acrílico “virgens” ou originais, ou seja, aquelas produzidas com 100% de Metacrilato de Metila (MMA). Análises mais sérias demonstram propriedades extremamente diferentes entre os dois produtos, que são reveladas na tabela abaixo:
contínuo em peças de iluminação, ajustando-se a distância da fonte luminosa das chapas acrílicas:
de 85 a 90 °C para artigos planos de 80 a 85 °C para artigos termoformados
Para chapas extrusadas de 75 a 80 °C
Para chapas "Cast"
Ácidos diluídos (ex: vinagre) Soluções de bases inorgânicas (ex: amônia, água sanitária) Solventes orgânicos apolares (ex: hexano, aguarrás, querosene) Bebidas alcoólicas (Ex. cerveja, vinho, whisky, aguardentes, etc.) Xaropes alimentícios e farmacêuticos Óleos vegetais
Solventes aromáticos (ex: benzeno, tolueno) Hidrocarbonetos clorados (ex: CCl4) Ácidos orgânicos (ex: ácido acético) Ésteres, cetonas Graxas e óleos Álcoois e Tiner (diluente de tintas) Soda cáustica
Chapas e resinas acrílicas são termoplásticos combustíveis e, por isso, devem ser tomadas as devidas precauções de proteção contra chamas e fontes de alto aquecimento. Em geral, produtos acrílicos queimam rapidamente até desaparecerem, caso o fogo não seja apagado a tempo.
Assim, deve-se avaliar adequadamente o uso destes materiais e recomenda-se que os códigos de construção civil sejam rigorosamente seguidos, assegurando a aplicação correta do material.
As propriedades sobre flamabilidade de chapas acrílicas Fundidas ou “Cast” e Extrusadas estão assim relacionadas:
ASTM Cast Extrusadas
Temperatura de auto-ignição D 1929 490 °C 455 °C
Taxa de queima (para chapas de 3 mm espessura)
Densidade da fumaça D 2843 10,3% 4,8%
D 635 30 mm/min 25 mm/min
Há uma grande variedade de chapas acrílicas no mercado:
Espesuras (^) (mm) 1,0 2,0 2,4 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 9,0 10,0 12,0 15,0 18,0 20,0 24,
1000 x 1000 1,2 2,4 2,9 3,6 4,8 6,0 7,1 9,5 10,7 11,9 14,3 17,9 21,4 23,8 28, 1000 x 2000 4,8 5,7 7,1 9,5 11,9 14,3 19,0 21,4 23,8 28,6 35,7 42,8 - - 1200 x 2100 6,0 7,2 9,0 12,0 15,0 18,0 24,0 27,0 30,0 36,0 45,0 54,0 60,0 72, 1220 x 2440 8,5 10,6 14,2 17,7 21,3 28,3 31,9 35,4 42,5 53,1 63,8 70,9 85, 1350 x 1850 7,1 8,9 11,9 14,9 17,8 23,8 26,8 29,7 35,7 44,6 53,5 - - 1500 x 2500 - - 13,4 17,9 22,3 26,8 35,7 40,2 44,6 53,6 - - - - 2000 x 2000 - - 14,3 19,0 23,8 28,6 38,1 48,8 47,6 57,1 71,4 85,7 - - 2000 x 3000 - - - 28,6 35,7 42,8 57,1 64,3 71,4 85,7 - - - - Tolerância da 0,5 0,6 0,64 0,7 0,8 0,9 1 1,2 1,3 1,4 1,6 1,9 2,2 2,4 2, espessura (+/- mm) Conforme norma NBR-ISO 7823-
TAMANHOS E PESOS DE CHAPAS ACRÍLICAS FUNDIDAS OU "CAST"
Dimensões (mm)
2,00 2,50 3,00 4,00 5,00 6,00 8,00 9,00 10,00 12,00 15,00 18,00 20,
1000 x 2000 4,90 5,95 7,14 9,52 11,90 14,28 19,04 21,42 23,80 28,56 35,70 42,84 47, 2000 x 2000 9,80 11,90 14,28 19,04 23,80 28,56 38,08 48,84 47,60 57,12 71,40 85,68 95, 2050 x 3050 18,60 22,32 29,76 37,20 44,64 59,52 66,96 74,40 89,28 111,61 133,93 148, Tolerância da espessura (mm) Conforme norma NBR ISO 7823-
Espessuras (mm) Dimensões (mm)
TABELA DE TAMANHOS E PESOS DE CHAPAS ACRÍLICAS EXTRUSADAS
+/- 10% +/- 5%
As chapas acrílicas devem ser estocadas embaladas com o filme protetor original, apoiadas pelas bordas em cavaletes com base ligeiramente inclinada. Esta armazenagem proporciona apoio adequado e evita danos durante a retirada.
Empilhamento horizontal não é recomendável pois dificulta a retirada e, dependendo das partículas entre chapas, pode danificar as superfícies. Muito importante também é evitar a formação de "barrigas" que provoquem empenamento acentuado.
O filme protetor impede danos à superfície das chapas durante o manuseio e transporte. Deve ser mantido o maior tempo possível, inclusive no corte e lixamento, protegendo contra riscos. O filme deve ser previamente retirado somente nas operações que exijam pré-aquecimento da chapa.
O arranjo físico e os equipamentos da oficina dependerão do tipo e volume de trabalho a ser realizado. Ao elaborar o arranjo físico, será importante ter em mente o seqüencial normal de operações: serrar, furar, lixar e polir. A forma ideal, é que cada operação deverá ser separadas da outras com divisórias ou ambientes, para não haver propagação dos fragmentos, cavacos e poeira.
O equipamento deve ser instalado de modo a permitir fácil acesso de todos os lados, facilitando a limpeza e remoção dos fragmentos do material trabalhado. Sempre que possível, deverá ser instalado em cada máquina um equipamento adequado para a aspiração do pó.
Os principais equipamentos/ferramentas e dispositivos utilizados para trabalhos com chapas de acrílico são:
USINAGEM
Chapas acrílicas são fáceis de usinar, graças às suas propriedades uniformes e à ausência de orientação molecular. Em raros casos, poderá ocorrer ligeira orientação nas chapas moldadas, exigindo cuidados especiais. A maioria dos artigos pode ser usinada em equipamento convencional para madeira ou metais, ou ainda ferramentas manuais. Para cortar, use ferramentas semelhantes às de latão ou alumínio - ou, para maior produção, serra circular com dentes de carbeto de tungstênio. Lembre-se de que o acrílico tem baixo ponto de amolecimento (80 - 100ºC) e a serra pode fazer os cavacos amolecerem, aderindo à peça que está sendo usinada.
Portanto, fique atento a estas precauções:
CORTES
Até mesmo na hora de cortar, o acrílico apresenta vantagens e facilidades. Conheça os métodos mais simples de executar esta tarefa:
As chapas acrílicas podem ser cortadas por risco e quebra, serras, corte com pressão de água e corte a laser.
Maneira fácil e econômica de cortar chapas finas (até 2 mm de espessura), a riscagem é executada com um riscador (ponta seca afiada, de aço), tomando- se o cuidado de fixar adequadamente a chapa e manter a pressão do riscador homogênea. Depois, é só quebrar o material ao longo da linha traçada.
Este método não é aconselhável para chapas grossas ou para cortes extensos. Deve-se aplicar uma pressão homogênea, apoio ao longo da linha de corte.
Essas serras são as mesmas que cortam madeira ou alumínio, havendo então a necessidade de uma afiação especial dos dentes da serra, de maneira a torná-la mais sensível e apropriada ao corte de chapas acrílicas.
As serras circulares devem ter lâminas rebaixadas ou possuir uma leve angulação para ajudar a eliminação da serragem, visando impedir agarramento e evitar superaquecimento. A lâmina deve correr com exatidão e as serras fixas deverão ser presas lateralmente na máquina, após o ajuste e a afiação, para garantir que todos os dentes estejam em alinhamento correto.
Para trabalhos simples, são usadas lâminas de serra de aço rápido, afiadas mecanicamente. O número de dentes por centímetro dependerá da espessura da chapa a ser cortada, variando de 3 a 4 dentes / cm, para chapa de 3,0 a 12 mm; e de 1 a 2 dentes por cm para chapas com espessura acima de 12 mm. A velocidade periférica deverá ser da ordem de 3000 m/min ou pouco mais. Uma lamina de 25 cm (10 polegadas) de diâmetro deverá girar a cerca de 4000 r.p.m. Deve-se dispor de energia suficiente no motor para garantir que não haja redução de velocidade durante o corte. Por exemplo, com um disco de serra de 25 cm de diâmetro, deverá ser usado um motor de pelo menos 2 KW (3 HP).
Para produções em grande escala, há uma serie de vantagens no uso de ferramentas com pastilhas de carboneto de tungstênio para cortar chapas e blocos de acrílico. Este tipo de lamina confere um acabamento superior nas bordas das chapas, além de maior velocidade de operação, ao contrario do que ocorre com uma serra de aço rápido.
Quando ocorre um lascamento da borda de uma chapa ao se empregar uma lamina de serra com dentes de carboneto de tungstênio, geralmente trata-se de uma indicação da necessidade de re-afiação. Essas lâminas são caras, porém, sua vida útil é longa e a redução do período de manutenção justifica o custo inicial mais elevado. Para uso geral, recomenda-se uma serra com 15 cm de diâmetro (6 polegadas), tendo um dente por cm e dando uma largura de corte de aproximadamente 2 mm.
A alimentação deverá ser ajustada de tal modo que o lascamento não ocorra na borda (quanto mais rápida a alimentação, maior será a possibilidade de lascamento). A altura da lamina deve ser regulada para que seja pouco superior à espessura da chapa cortada. Geralmente, não é necessário o resfriamento, mas é de grande vantagem soprar ar comprimido no ponto de corte a fim de esfriar a lâmina, eliminar os fragmentos e cavacos de material acrílico e impedir a colagem do material nos dentes da serra.
Os pigmentos empregados para dar cor às chapas provocarão maior desgaste nas serras, perdendo o corte mais rapidamente do que com material transparente. Também nesses casos, as serras com dentes de carbeto de tungstênio terão maior durabilidade.
Serra circular Serra de fita
Do mesmo tipo que a usadas para metais leves e marcenaria, as serras de fita devem apresentar tamanho original de 2,77 metros quando abertas, assim como devem atingir velocidade tangencial de cerca de 3.000 metros / minuto. Para chapas de espessuras de 3,0 a 12 mm, recomenda-se lâminas que tenham 4 a 5 dentes / cm. Para chapas mais finas, de 6 a 8 dentes / cm e para chapas mais grossas ou blocos, 1 ½ a 2 dentes / cm. Para qualquer espessura de material, as guias devem ser mantidas próximas da serra a fim de reduzir a tendência à torção da lâmina. Isto garante o corte reto e vida mais longa para a lâmina. O ar comprimido deve ser dirigido para o ponto de contato, a fim de esfriar a chapa de acrílico e a lâmina, assim como limpar os fragmentos do acrílico.
As serras portáteis são usadas para cortar formas pequenas ou complicadas, utilizando-se lâminas de 5 a 6 dentes por cm. As serras podem ser seguras com as mãos ou montadas sob a parte inferior de uma mesa, estando a chapa firmemente presa.O corte deverá ser iniciado num orifício feito com uma broca, ligeiramente maior que a largura da lâmina e a lâmina deverá estar parada antes de ser removida da incisão feita pela serra.
As serras tipo “tico-tico” de bancada são adequadas para cortar letras ou outras formas detalhadas.
É uma ferramenta que possui brocas, e são as mesmas utilizadas para furar madeira ou metais macios. Deve-se utilizar brocas helicoidais normais para furação das chapas acrílicas, porém, o uso de brocas de espiral espaçada, com sulcos largos e polidos darão um melhor rendimento.
É importante salientar que durante os processos de usinagem e furação deve- se reduzir o calor produzido na operação, tanto nos cortes grosseiros, como nos cortes mais delicados, objetivando-se obter um artigo perfeito e livre de tensões. Quanto mais livre de tensões o objeto estiver, menor será a tendência de ocorrer fissuras posteriores.
