plásticos industriais – teoria e aplicações: tradução da 5ª edição norte-americana
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Cursos de Química, Engenharias Industrial, Química de Materiais e de Produção, e curso superior em Tecnologia de Materiais. É uma obra muito útil para disciplinas como estrutura e propriedades de materiais poliméricos, processamento de materiais poliméricos e tecnologia de plásticos industriais.TRANSCRIPT
Para suas soluções de curso e aprendizado, visite www.cengage.com.br
isbn 13 978-85-221-1187-9isbn 10 85-221-1187-1
9 788522 1118797 8 8 5 2 2 1 1 1 8 7 99
Esta obra cobre todas as facetas da tecnologia de plástico in-dustrial e os principais processos de fabricação. É uma fonte indispensável para qualquer estudioso envolvido em progra-mas de tecnologia de polímero ou de plástico.
Didático, abrangente e com vários exercícios, Plásticos indus-triais: teoria e aplicações apresenta uma sequência lógica dos tópicos, abordando tudo da história do plástico até o percurso de um negócio de plástico de sucesso. Fornece dados para pesquisa na internet em todos os capítulos, dados atuais da in-dústria de plásticos e tratamentos expandidos de tecnologias de engenharia, em particular, nanoplásticos, injeção de fluido, bioplásticos e protótipo rápido. Texto útil para profissionais que desejam rever os conceitos básicos sobre o tema e per-manecer atualizados sobre a última tecnologia na fabricação de plástico.
Aplicações: Cursos de Química, Engenharias Industrial, Química de Materiais e de Produção, e curso superior em Tecnologia de Materiais. É uma obra muito útil para disciplinas como estrutura e propriedades de materiais poliméricos, processamento de ma-teriais poliméricos e tecnologia de plásticos industriais .
Plásticosindustriais
Erik Lokensgard
Teoria e aplicações
Tradução da 5a ediçãonorTe-americana
Tradução da 5a ediçãonorTe-americana
Plásticosindustriais
Erik Lokensgard
Teoria e aplicações
Mecânica dos materiaisTradução da 7a edição norte-americana
James M. Gere e Barry J. Goodno
ciência e engenharia dos materiaisDonald R. Askeland e Pradeep P. Phulé
Química orgânica experimental: técnicas de escala pequenaTradução da 3a edição norte-americana
Randall G. Engel, George S. Kriz, Gary M. Lampman e Donald L. Pavia
outras obras
Erik Lokensgard
Tradução da 5a ediçãonorTe-americana
Plá
sticos in
du
stria
isTeoria e aplicações
Austrália • Brasil • Japão • Coreia • México • Cingapura • Espanha • Reino Unido • Estados Unidos
Erik Lokensgard
Tradução da 5a edição norte-americana
Tradução técnica
Alessandra Pereira da SilvaDoutora em Engenharia Química pela Universidade Federal de São Carlos
Professora Adjunta II da Universidade Federal de São Paulo – Campus Diadema
Alexandre ArgondizoDoutor em Engenharia Química pela Universidade Federal de São Carlos
Professor Adjunto II da Universidade Federal de São Paulo – Campus Diadema
Douglas Alves CassianoDoutor em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Campinas
Professor Adjunto II da Universidade Federal do ABC
Eliezer Ladeia GomesDoutor em Engenharia Química pela Universidade Federal de São Carlos
Professor Adjunto III da Universidade Federal de São Paulo – Campus Diadema
Robson Mendes MatosD. Phil. University of Sussex at Brighton, Inglaterra
Professor Associado III da Universidade Federal do Rio de Janeiro – Campus Macaé
Plásticos industriais Teoria e aplicações
v
Sumário
Prefácio xxi
Capítulo 1 Introdução histórica aos plásticos 1 Introdução 1
Plásticos naturais 1
Materiais córneos 2
Goma-laca 3
Guta-percha 5
Primeiros materiais naturais modificados 5
Borracha 6
Celuloide 7
Primeiros plásticos sintéticos 9
Plásticos sintéticos comerciais 10
Resumo 10
Pesquisa na internet 12
Vocabulário 12
Questões 13
Atividades 13
Capítulo 2 Situação atual da indústria de plásticos 17 Introdução 17
Principais materiais plásticos 18
Reciclagem de plásticos 20
Leis de depósitos para garrafas e seus efeitos 20
Reciclagem de lixo seletiva 24
Reciclagem de PCR HDPE 26
Reciclagem automotiva 32
Reciclagem química 33
Reciclagem na Alemanha 33
Eliminação por incineração ou degradação 34
História da incineração nos Estados Unidos 34
Plásticos degradáveis 35
Organizações na indústria de plásticos 37
Publicações para a indústria de plásticos 39
Jornal do Comércio 39
Pesquisa na internet 39
Vocabulário 40
Questões 40
Atividades 41
Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesvi
Capítulo 3 Química elementar dos polímeros 43 Introdução 43
Revisão de química básica 43
Moléculas 43
Moléculas de hidrocarbonetos 44
Macromoléculas 45
Polímeros de cadeia de carbono 45
Carbono e outros elementos na cadeia principal 47
Organização molecular 48
Polímeros amorfos e cristalinos 48
Forças intermoleculares 51
Orientação molecular 52
Orientação uniaxial 53
Orientação biaxial 53
Termofixos 53
Sumário 54
Pesquisa na internet 54
Vocabulário 54
Questões 55
Atividades 56
Capítulo 4 Saúde e segurança 59 Introdução 59
Riscos físicos 59
Riscos biomecânicos 59
Riscos químicos 60
Fontes de riscos químicos 60
Leitura e compreensão do MSDS 60
Seção 1: Identificação do produto e da empresa 61
Seção 2: Composição 61
Seção 3: identificação dos riscos 63
Seção 4: Medidas de primeiros socorros 67
Seção 5: Medidas de combate a incêndios 67
Seção 6: Medidas para liberação acidental 68
Seção 7: Manuseio e armazenamento 68
Seção 8: Controle de exposição e proteção individual 68
Seção 9: Propriedades físicas e químicas 68
Seção 10: Dados de estabilidade e reatividade 68
Seção 11: Informações toxicológicas 70
Seção 12: Informações ecológicas 70
Seção 13: Considerações sobre o descarte 70
Sumário vii
Seção 14: Informações sobre transporte 70
Seção 15: Informações sobre regulamentação 70
Seção 16: Outras informações 70
Pesquisa na internet 72
Vocabulário 72
Questões 72
Atividades 73
Capítulo 5 Estatística elementar 75 Introdução 75
Cálculo da média 75
A distribuição normal 76
Cálculo do desvio padrão 77
A distribuição normal padrão 78
Representação gráfica dos resultados do teste de dureza 79
Esboço de gráficos 81
Comparação gráfica de dois grupos 81
Sumário 82
Pesquisa na internet 82
Vocabulário 82
Questões 83
Atividades 83
Capítulo 6 Propriedades e testes em plásticos 85 Introdução 85
Organismos certificadores 86
ASTM 86
ISO 86
Unidades SI 88
Propriedades mecânicas 89
Resistência à tração (ISO 527-1, ASTM D-638) 93
Resistência à Compressão (ISO 75-1 e 75-2, ASTM D-695) 93
Resistência ao cisalhamento (ASTM D-732) 93
Resistência ao impacto 93
Resistência à flexão (ISO 178, ASTM D-790 e D-747) 96
Fadiga por flexão (ISO 3385, ASTM D-430 e D-813) 96
Amortecimento 96
Dureza 96
Resistência à abrasão (ASTM D-1044) 99
Propriedades físicas 99
Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesviii
Massa específica e densidade relativa (ISO 1183, ASTM D-792
e D-1505) 99
Contração na moldagem (ISO 2577, ASTM D-955) 101
Resistência à fluência ou creep (ISO 899, ASTM D-2990) 101
Viscosidade 102
Propriedades térmicas 102
Condutividade térmica (ASTM C-177) 103
Capacidade calorífica (calor específico) 103
Expansão térmica (ASTM D-696 e D-864) 103
Temperatura de deflexão térmica (ISO 75, ASTM D-648) 104
Plásticos ablativos 105
Resistência ao frio 105
Inflamabilidade (ISO 181, 871 e 1210; ASTM D-635, D-568
e E-84) 105
Índice de fluidez (ISO 1133, ASTM D-1238) 105
Temperatura de transição vítrea 106
Temperatura de amolecimento (ISO 306, ASTM D-1525) 107
Propriedades ambientais 107
Propriedades químicas 107
Resistência às intempéries (ASTM D-2565, D-4329, G-154
e G-155, ISO-4892) 108
Resistência à radiação ultravioleta (ASTM G-23 e D-2565) 110
Permeabilidade (ISO 2556, ASTM D-1434 e E-96) 110
Absorção de água (ISO 62, 585 e 960; ASTM D-570) 110
Resistência bioquímica (ASTM G-21 e G-22) 112
Fratura sob tensão ambiental (stress cracking) (ISO 4600 e 6252,
ASTM D-1693) 112
Propriedades ópticas 112
Brilho (ASTM D-2457) 112
Transmitância luminosa (ASTM D-1003) 113
Cor 113
Índice de refração (ISO 489, ASTM D-542) 113
Propriedades elétricas 114
Resistência ao arco (ISO 1325, ASTM D-495) 114
Resistividade (ISO 3915, ASTM D-257) 114
Rigidez dielétrica (ISO 1325, 3915; ASTM D-149) 114
Constante dielétrica (ISO 1325, ASTM D-150) 114
Fator de potência (ASTM D-150) 114
Pesquisa na internet 115
Vocabulário 116
Questões 116
Atividades 117
Sumário ix
Capítulo 7 Ingredientes dos plásticos 119 Introdução 119
Aditivos 120
Antioxidantes 120
Agentes antiestática 121
Corantes 121
Agentes de acoplamento 123
Agentes de cura 124
Retardantes de chama 124
Agentes de expansão e espumantes 125
Estabilizantes térmicos 126
Modificadores de impacto 127
Lubrificantes 127
Agentes nucleantes 127
Plastificantes 128
Conservantes 128
Auxiliares de processamento 129
Estabilizadores ultravioleta (UV) 130
Agentes de reforço 130
Lâminas 131
Fibras 131
Cargas 139
Nanocompósitos 140
Cargas em escala macroscópica 143
Pesquisa na internet 144
Vocabulário 145
Questões 146
Atividades 147
Capítulo 8 Caracterização e seleção de plásticos comerciais 149 Introdução 149
Materiais básicos 149
Técnicas de polimerização 150
Índice de fluidez 151
Seleção do tipo de material 152
Bancos de dados informatizados para seleção de materiais 152
Resumo 153
Pesquisa na internet 153
Vocabulário 153
Questões 154
Atividades 154
Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesx
Capítulo 9 Usinagem e acabamento 157 Introdução 157
Serramento 158
Limagem 160
Furação 160
Estampagem, corte em matriz de estampagem (blanking) 163
Roscamento 164
Torneamento, fresagem, aplainamento, modelagem e
usinagem com comando numérico computadorizado (router) 166
Corte a laser 167
Corte por fratura induzida 168
Corte térmico 168
Corte hidrodinâmico 169
Aplainamento e polimento 169
Tamboração 171
Recozimento e pós-cura 172
Pesquisa na internet 172
Vocabulário 173
Questões 174
Atividades 175
Capítulo 10 Processo de moldagem 177 Introdução 177
Moldagem por injeção 177
Unidade de injeção 178
Unidade de fechamento 180
Segurança na moldagem por injeção 181
Especificação de máquinas de moldagem 186
Elementos dos ciclos de moldagem 186
Moldagem por injeção de termorrígidos 188
Moldagem por coinjeção 189
Injeção de fluido 190
Sobremoldagem 191
Máquinas elétricas e híbridas 191
Moldagem de materiais líquidos 192
Moldagem por injeção e reação 192
Moldagem reforçada por injeção e reação (RRIM) 193
Moldagem de resina líquida 193
Moldagem de materiais termorrígidos em grânulos e em placa 195
Moldagem por compressão 195
Moldagem por transferência 197
Sumário xi
Moldagem de folha (sheet molding) 201
Pesquisa na internet 201
Vocabulário 202
Questões 202
Atividades 203
Capítulo 11 Processos de extrusão 207 Introdução 207
Equipamentos de extrusão 207
Composição ou compostagem 210
Principais classes de produtos de extrusão 212
Extrusão de perfil 213
Extrusão de tubo 214
Extrusão de placa (ou chapa) 214
Extrusão de filme 214
Moldagem de filmes por extrusão e sopro 217
Extrusão de filamentos 220
Revestimento por extrusão e recobrimento de fios 224
Moldagem por sopro 224
Moldagem por sopro via injeção 225
Moldagem por sopro via extrusão 226
Variações na moldagem por sopro 231
Pesquisa na internet 232
Vocabulário 233
Questões 233
Atividades 234
Capítulo 12 Processos e materiais de laminação 239 Introdução 239
Camadas de diferentes plásticos 240
Camadas de papel 241
Camadas de lã de vidro e tapetes 244
Camadas de metal e favos de metal 245
Camadas de metal e plásticos espumantes 246
Pesquisa na internet 248
Vocabulário 248
Questões 248
Atividades 249
Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesxii
Capítulo 13 Processos e materiais reforçadores 253 Introdução 253
Cubo combinado 254
Compostos moldados por volume 254
Compostos moldados em folhas 254
Processo de laminação à mão ou de contato 257
Pulverização 257
Formação de vácuo rígida 257
Termoformação de molde frio 258
Saco de vácuo 258
Saco de pressão 260
Bobina de filamento 260
Reforço centrífugo e reforço de filme moldado por sopro 263
Pultrusão 263
Formação/impressão a frio 264
Pesquisa na internet 266
Vocabulário 266
Questões 266
Capítulo 14 Processos e materiais de fundição 267 Introdução 267
Tipos de material 267
Fundição simples 268
Tipos especiais de fundição simples 269
Fundição de filme 270
Fundição de fundido quente 271
Fundição slush e fundição estática 271
Fundição slush 271
Fundição estática 273
Fundição rotacional 273
Fundição centrífuga 273
Fundição rotacional 274
Fundição por mergulho 274
Pesquisa na internet 276
Vocabulário 276
Questões 276
Atividades 277
Capítulo 15 Termoformagem 283 Introdução 283
Sumário xiii
Formagem por vácuo direto 285
Formagem positiva 286
Formagem de molde combinado 286
Formagem a vácuo assistida por pistão e bolha de pressão 287
Formagem a vácuo assistida por pistão 288
Formagem por pressão assistida por pistão 288
Formagem por pressão na fase sólida (SPPF) 289
Formagem por vácuo de bolha 290
Formagem por vácuo de bolha e pressão na bolha 291
Formagem por pressão com aquecimento de contato e folha presa 291
Formagem por envelope de ar 291
Formagem livre 291
Termoformagem de folha dupla 292
Termoformagem de embalagem bolha ou embalagem de crosta 293
Formagem mecânica 293
Pesquisa na internet 294
Vocabulário 295
Questões 296
Atividades 297
Capítulo 16 Processos de expansão 303 Introdução 303
Moldagem 306
Processamento de baixa pressão 307
Processamento de alta pressão 308
Outros processos de expansão 310
Fundição 312
Expansão no local 312
Jateamento 313
Pesquisa na internet 314
Vocabulário 314
Questões 314
Atividades 315
Capítulo 17 Processos de revestimento 321 Introdução 321
Revestimento por extrusão 322
Revestimento por calandra 323
Revestimento de pó 323
Revestimento de leito fluidizado 324
Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesxiv
Revestimento de leito eletrostático 324
Revestimento de pistola de pó eletrostático 325
Revestimento de transferência 325
Revestimento de lâmina ou rolo 326
Revestimento de imersão 326
Revestimento de jato 327
Revestimento metálico 328
Adesivos 328
Eletrogalvanização 328
Metalização a vácuo 329
Revestimento precipitado 331
Revestimento por escova 331
Pesquisa na internet 332
Vocabulário 332
Questões 332
Atividades 334
Capítulo 18 Processos de fabricação e materiais 337 Introdução 337
Adesão mecânica 337
Resinas termoplásticas 337
Resinas termofixas 338
Adesivos elastoméricos 340
Adesão química 340
Adesão por solvente 341
Técnicas de aquecimento por fricção 343
Técnicas de transferência de calor 345
Fixação mecânica 348
Montagem por fricção 348
União por prensagem 348
União por encaixe 349
União por encolhimento 350
Pesquisa na internet 350
Vocabulário 351
Questões 351
Atividades 352
Capítulo 19 Processos de decoração 357 Introdução 357
Coloração 358
Sumário xv
Pintura 358
Pintura por spray 359
Pintura eletrostática 359
Pintura por imersão 359
Pintura utilizando tela vazada 360
Marcação por preenchimento 360
Revestimento por rolo 360
Hot stamping 361
Galvanização 362
Gravação 363
Impressão 363
Decoração dentro do molde 364
Decoração por transferência de calor 365
Diversos outros métodos de decoração e acabamento 366
Pesquisa na internet 367
Vocabulário 367
Questões 368
Atividades 369
Capítulo 20 Processos com uso de radiação 371 Introdução 371
Métodos de radiação 371
Fontes de radiação 373
Radiação ionizante 373
Radiação não ionizante 374
Segurança de radiação 374
Irradiação de polímeros 374
Danos causados por radiação 374
Melhorias por radiação 376
Polimerização por radiação 377
Enxerto por radiação 377
Vantagens de radiação 378
Aplicações 379
Pesquisa na internet 380
Vocabulário 380
Questões 381
Capítulo 21 Considerações de projeto 383 Introdução 383
Análise de fluxo com o auxílio de computador 383
Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesxvi
Protótipo rápido 384
Considerações de material 386
Ambiente 387
Características elétricas 387
Características químicas 388
Fatores mecânicos 388
Economia 388
Considerações de projeto 389
Aparência 389
Limitações de projeto 391
Considerações de produção 393
Processos de fabricação 394
Encolhimento de material 394
Tolerâncias 395
Projeto de molde 395
Teste de desempenho 404
Pesquisa na internet 407
Vocabulário 408
Questões 408
Capítulo 22 Ferramentas e fabricação de molde 411 Introdução 411
Planejamento 412
Ferramenta 412
Custos de ferramenta 412
Processamento por máquina 417
Erosão química 419
Pesquisa na internet 424
Vocabulário 425
Questões 425
Capítulo 23 Considerações comerciais 427 Introdução 427
Financiamento 427
Gerenciamento e pessoal 428
Moldagem de plástico 428
Equipamento auxiliar 430
Controle de temperatura de moldagem 432
Pneumáticos e hidráulicos 433
Cotação de preços 434
Sumário xvii
Terreno da fábrica 435
Despacho 435
Pesquisa na internet 435
Vocabulário 436
Questões 436
Apêndice A Glossário 439
Apêndice B Abreviaturas para materiais selecionados 455
Apêndice C Nomes comerciais e fabricantes 459
Apêndice D Identificação de material 477 Identificando plásticos 477
Métodos de identificação 477
Nome comercial 477
Aparência 477
Efeitos do calor 478
Efeitos de solventes 478
Densidade relativa 483
Apêndice E Termoplástico 485
Plástico de poliacetal (POM) 485
Acrílico 487
Poliacrilatos 490
Poliacrilonitrila e polimetacrilonitrila 490
Acrilonitrila-estireno-acrilonitrila (ASA) 490
Acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) 490
Acrilonitrila-polietileno clorado-estireno (ACS) 491
Celulósico 491
Celulose regenerada 492
Ésteres de celulose 493
Nitrato de Celulose (CN) 493
Acetato de celulose (CA) 493
Butirato de acetato de celulose (CAB) 494
Propionato de cetato de celulose 495
Éteres de celulose 496
Poliéteres clorados 497
Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesxviii
Plástico de cumarona-indeno 498
Fluoroplástico 498
Politetrafluoroetileno (PTFE) 499
Polifluoroetilenopropileno (PFEP ou FEP) 501
Policlorotrifluoroetileno (PCTFE ou CTFE) 502
Floureto de polivinila (PVF) 503
Fluoreto de polivinilideno (PVDF) 504
Outros fluoroplásticos 505
Ionômeros 505
Plásticos de barreira de nitrila 508
Fenóxi 509
Polialômeros 509
Poliamidas (PA) 509
Policarbonatos (PC) 513
Polieteretercetona (PEEK) 515
Polieterimida (PEI) 515
Poliésteres termoplásticos 516
Poliésteres saturados 516
Poliésteres aromáticos 518
Poliimidas termoplásticas 518
Poliamida-imida (PAI) 519
Polimetilpenteno 520
Poliolefinas: polietileno (PE) 522
Polietileno de baixíssima densidade (VLDPE) 528
Polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) 528
Polietileno de alta densidade de massa
molecular (HMW-HDPE) 528
Polietileno de ultra-alta massa molecular (UHMWPE) 528
Ácido de Etileno 529
Acrilato de Etileno-etila (EEA) 529
Acrilato de Etileno-metila (EMA) 529
Acetato de etileno-vinila (EVA) 529
Poliolefinas: polipropileno 529
Poliolefinas: polibutatileno (PB) 532
Óxidos de polifenileno 532
Óxido de polifenileno (PPO) 533
Éter polifenileno (PPE) 533
Parilenos 533
Sulfeto de polifenileno (PPS) 534
Éteres poliarila 534
Poliestireno (PS) 534
Estireno-acrilonitrila (SAN) 537
Sumário xix
Estireno-acrilonitrila (olefina modificada) (OSA) 538
Plásticos de estireno-butadieno (SBP) 539
Estireno-anidrido maleico (SMA) 539
Polissulfonas 539
Poliarilsulfona 540
Polietersulfona (PES) 541
Polifenilsulfona (PPSO) 542
Polivinilas 542
Cloreto de Polivinila 544
Acetato de polivinila (PVAc) 545
Formal de polivinila 546
Álcool polivinílico (PVA) 546
Acetal de polivinila 546
Butiral de polivinila (PVB) 546
Dicloreto de polivinilideno (PVDC) 546
Apêndice F Plásticos termocurados 549
Alcides 549
Alílicos 550
Plásticos amino 553
Ureia-Formaldeído (UF) 554
Melamina-formaldeído (MF) 557
Caseína 558
Epóxi (EP) 560
Furano 564
Fenólicos (PF) 564
Fenol-aralquila 566
Poliésteres insaturados 566
Poliimida termocurada 572
Poliuretano (PU) 573
Silicones (SI) 575
Apêndice G Tabelas úteis 581
Apêndice H Fontes de pesquisa e bibliografia 591
Fontes de pesquisa 591
Bibliografia 592
Índice 595
xxi
Prefácio
Uso pretendidoEsta obra cobre todos os aspectos da tecnologia de plástico industrial, bem como os principais processos de fa-bricação, servindo como fonte indispensável para aqueles indivíduos envolvidos nos programas de tecnologia de polímero ou de tecnologia de plástico em escolas de ensino médio, escolas técnicas e universidades. Focado na natureza, este livro também será útil a profissionais que desejem rever o básico e permanecer atualizado sobre a tecnologia mais recente na fabricação de plástico.
O livroApresentado em uma sequência lógica, Plásticos industriais edifica tópicos a partir de fundamento crescente – cobrindo tudo da história do plástico até o percurso de um negócio de sucesso:
• OCapítulo1 fornece uma introdução histórica aos plásticos.• OCapítulo2 inclui atualizações extensivas no estado atual da indústria de plástico. Traçando o consumo nos
Estados Unidos dos principais materiais de plástico, reciclagem, descarte e organizações significativas dentro da indústria.
• OCapítulo3 trata a química elementar de polímero. Ele apresenta o básico sobre a química de plástico e po-límero em um contexto prático.
• OCapítulo4, em saúde e segurança, reflete a organização das Fichas de Segurança de Material (MSDS – Material Safety Data Sheets (MSDS). A intenção deste capítulo, que foi atualizado para refletir os padrões atuais, é ajudar os estudantes a tornarem-se adeptos da leitura e entendimento da MSDS para plástico.
• OCapítulo5, em estatística elementar, baseia-se em técnicas de gráficos em vez de teste de hipóteses.• OCapítulo6, em propriedades e testes, foi atualizado para mostrar as variedades atuais de equipamento de
teste.• OCapítulo7, em ingredientes de plástico, inclui uma nova seção sobre monocompósitos.• OCapítulo8, em seleção de plástico para aplicações específicas, busca explicar as diferenças entre os vários
graus de plásticos.• OCapítulo9, em maquinário e acabamento, trata os processos comuns para moldagem e polimento de pro-
dutos de plásticos.• OCapítulo10, em processos de moldagem, inclui uma nova seção sobre máquinas de moldagem por injeção
elétrica e híbrida. Ele continua para esboçar o tratamento de segurança de moldagem por injeção.• OCapítulo11, em extrusão, agora inclui várias fotos recentes de equipamento de moldagem de sopro de mul-
ticamadas e de filme soprado.• OCapítulo12, em processos de laminação, aborda as camadas de plásticos, papel, fibras de vidro e metal.• OCapítulo13, em processos e materiais reforçados, inclui numerosos processos para criar uma matriz de
reforços e plásticos fibrosos.• OCapítulo14, em processos e materiais de fundição, inclui várias novas fotografias de equipamento grande
de moldagem rotacional.• OCapítulo15, em termoformagem, trata os principais métodos para formar materiais em folha com forças de
vácuo, pressão e mecânicas.• OCapítulo16, em processos de expansão, aborda as técnicas para criar materiais espumosos. Ele inclui várias
fotografias novas de gramado artificial.• OCapítulo17, em processos de revestimento, refere-se à aplicação de revestimentos em substratos plásticos e
aplicação de plástico em substratos não poliméricos.
Plásticos industriais: teoria e aplicaçõesxxii
• OCapítulo18, em fabricação, trata as técnicas tanto mecânicas quanto químicas.• OCapítulo19, em processos de decoração, inclui informações atualizadas sobre estampagem de folha quente,
bem como outras técnicas de decoração.• OCapítulo20, em processos de radiação, trata o crescimento no uso do processamento por radiação.• OCapítulo21, em projeto, inclui uma nova seção em estereolitografia.• OCapítulo22, em ferramenta e fabricação de molde, cobre as principais técnicas de execução em máquina.• OCapítulo23, em considerações comerciais, fornece cobertura atualizada de equipamento auxiliar.• OApêndiceA, o glossário, fornece definições de termos.• OApêndiceB, em abreviaturas, inclui nomes genéricos ou químicos para uma lista de abreviaturas atualizada.• OApêndiceC, em nomes comerciais, fornece os nomes comerciais, o nome correspondente dos plásticos e
o fabricante.• OApêndiceD, em identificação de material, oferece vários métodos para identificar plásticos desconhecidos.• OApêndiceE, em termoplásticos, contém material extensivo e uma lista completa de termoplásticos.• OApêndiceF, em termocurados, trata a maioria dos principais materiais termocurados.• OApêndiceG fornece tabelas úteis mostrando conversões de várias unidades.• OApêndiceH fornece contatos de muitas organizações e também uma bibliografia selecionada.
Esta edição de Plásticos industriais intensificará ainda mais a facilidade de uso e o aprofundamento de conteúdo.
Novo nesta edição
A última tecnologiaEsta edição de Plásticosindustriais:teoriaeaplicações fornece materiais atualizados em sites da internet em todos os capítulos, dados atuais da indústria de plásticos e tratamentos expandidos de tecnologias de engenharia, em particular, nanoplásticos, injeção de fluido, bioplásticos e protótipo rápido.
Pequisa na internetAo final de cada capítulo, há uma lista de sites relacionados aos temas do capítulo estudado. Essa lista guia os estudantes para encontrar mais informações em tópicos específicos. Cada site relacionado ao material encontra-do no capítulo intensifica o aprendizado para o leitor. Muitas dessas empresas fornecem discussões extensivas de seus materiais, processos e produtos em seu site. Os sites mais elaborados também incluem apresentações de fotos, vídeo e áudio.
Outras características
Atividades de laboratórioOnde aplicável, as atividades de laboratório estão incluídas ao final do capítulo. A filosofia das atividades de laboratório é aquela de que as aplicações são essenciais para o total entendimento de muitos conceitos teóricos. As atividades contêm abordagens experimentais, mas também incluem sugestões para investigações adicionais. Espera-se que os estudantes e professores desenvolvam as atividades de laboratório com o equipamento e mate-riais que tiverem disponíveis.*Os detalhes confidenciais e de propriedade destacados ou informação fornecida significam apenas um guia. Eles não devem ser tomados como uma licença para operar ou como uma recomendação para infringir quaisquer patentes.
Revisão de capítuloTodos os capítulos fornecem uma lista de vocabulário e questões de revisão para os estudantes usarem como um guia de estudo e para testar seus conhecimentos de conceitos importantes.
Prefácio xxiii
Sobre o autorErik Lokensgard é professor na Eastern Michigan University na School of Engineerin Technology. Além de ensi-nar, exerce atividade na Detroit Section of the Society of Plastics Engineers e tem fornecido treinamento a várias empresas de plástico na área de Detroit.
AgradecimentosO autor e a editora (da edição original) agradecem aos seguintes profissionais, cuja habilidade técnica e total revisão do manuscrito contribuíram para o desenvolvimento do livro revisado:
Dan Burklo, Northwest State Community College, Archibold, OHBarry David, Milersville University, Millersville, PAGeorge Comber, Weber State University, Ogden, UTDavid Meyer, Sinclair Community College, Dayton, OHMatthew Meyer, Ashville-Buncombe Technical College, Ashville, NCDan Ralph, Hennepin Technical College, Brooklyn Park, MNMike Ryan, University of Buffalo, Buffalo, NYNeil Thomas, Ivy Tech State College, Evansville, IN
1
Introdução
É bem difícil imaginar a vida sem os plásticos. Nas atividades diárias, contamos com artigos de plástico, como jarras de leite, óculos, telefones, produtos de náilon, automóveis e fitas de vídeo ou DVD. Contudo, pouco mais de cem anos atrás, os plás-ticos atualmente conhecidos, de uso corriqueiro, não existiam. Muito antes do desenvolvimento de plásticos comerciais, os poucos materiais conheci-dos exibiam características únicas. Embora fossem fortes, translúcidos, leves e moldáveis, apenas al-gumas substâncias combinavam essas qualidades. Atualmente, estes materiais são chamados plás-ticos naturais e são o ponto de partida para uma breve história dos materiais plásticos.
Este capítulo tem informações sobre as vanta-gens dos primeiros plásticos e as dificuldades en-contradas durante a sua fabricação. Os materiais e processos modernos serão inseridos em um con-texto histórico e, também, será demonstrada a for-te influência dos pioneiros da indústria de plásti-cos. Os temas incluídos são listados a seguir:
I. Plásticos naturaisA. Materiais córneosB. Goma-lacaC. Guta-percha
II. Primeiros materiais naturais modificadosA. BorrachaB. Celuloide
III. Primeiros plásticos sintéticos IV. Plásticos sintéticos comerciais
Introdução histórica aos plásticos
Capítulo 1
Plásticos naturais
O ponto de partida para esta seção é na Inglaterra Medieval, época na qual os sobrenomes ingleses indicavam profissões. Ainda hoje, algumas destas profissões são reconhecidas. Referências ocupa-cionais para nomes como Smith, Baker, Carpenter, Weaver, Taylor, Cartwright, Barber, Farmer e Hun-ter são óbvios. As origens ocupacionais de outros nomes, tais como Fuller, Tucker, Cooper e Horner1 são menos familiares.
Little Jack HornerSat in a cornerEating his Christmas pie;He put in his thumbAnd pulled out a plum,And said, “What a good boy am I.”2
Esta rima indica que Jack não era um rapaz po-bre ou faminto e que também não tinha de com-partilhar seu bolo de Natal com os outros membros de sua família. Ele degustou seu confeito especial sozinho. Aparentemente, o pai de Jack tinha uma boa renda. Em que trabalhava o pai de Jack, ou talvez seu avô? Ele era um “artesão de materiais
1 Smith (ferreiro), Baker (padeiro), Carpenter (carpinteiro), Weaver (tecelão), Taylor (alfaiate), Cartwright (carpinteiro de carroças), Barber (barbeiro), Farmer (fazendeiro) e Hunter (caçador), Fuller (operador de pisão), Tucker (pregueador), Cooper (tanoeiro) e Horner (artesão de materiais córneos). (NT)2 Um pequeno poema tradicional que pode ser traduzido, mas perdendo a rima original: “O pequeno Jack Horner / Sentou-se em um canto / Comendo seu bolo de Natal; Enfiou o seu dedão / E tirou uma ameixa, / E disse: “Que bom menino sou eu”. (NT)
Plásticos industriais: teoria e aplicações2
córneos” (ou do inglês, “horner”) – um homem que fazia pequenos itens de chifres, cascos e, ocasional-mente, a partir de carapaças de tartaruga.
A reação típica ao trabalho com materiais córne-os era de rejeição, por ser estranho, enfadonho ou repugnante. O ofício deste artesão era malcheiroso e, muitas vezes, desagradável. Atualmente, peças feitas com estes materiais só podem ser encontra-das em museus voltados para a história dos ofícios. No entanto, esse trabalho não foi sem importância com relação à indústria de plásticos. As propriedades únicas destes materiais estimularam a procura por substitutos. A busca por materiais córneos sintéticos levou à produção dos primeiros plásticos e o início da moderna indústria de plásticos.
Materiais córneosColheres, pentes e lamparinas eram produtos co-muns confeccionados por artesãos de materiais córneos na Inglaterra e na Europa durante a Idade Média. Colheres de chifre eram fortes e leves, não oxidavam, não eram corroídas, nem proporciona-vam um sabor desagradável aos alimentos. Pentes de chifres eram flexíveis, lisos, brilhantes e mui-tas vezes decorativos. Como visto na Figura 1-1, as lamparinas exploravam a qualidade translúcida destes materiais. Elas também podiam ser curva-das sem se quebrar e resistiam a impactos leves.
Nenhum outro material fornecia essa combinação de propriedades.
A confecção de objetos úteis a partir de polímeros naturais não começou na Idade Média. Um dos usos mais antigos conhecidos dos materiais córneos data dos tempos dos faraós do Egito. Há cerca de 2.000 anos A.C., antigos artesãos egípcios confeccionavam enfeites e utensílios para os alimentos, amolecendo carapaças de tartaruga em óleo quente. Quando o casco tornava-se suficientemente flexível, era molda-do na forma desejada. Eles aparavam todas as sobras grosseiras, raspavam, lixavam e, finalmente, os po-liam com pó fino até obter um alto brilho.
O antepassado de Little Jack Horner trabalhou de forma semelhante à dos antigos egípcios. Ele amole-cia pedaços de chifre de boi fervendo-os em água ou mergulhando-os em soluções alcalinas e os moldava em peças planas. Alguns chifres eram desbastados ao longo das linhas de crescimento, obtendo-se lâminas finas. Quando havia necessidade de peças mais espes-sas, várias lâminas mais finas eram fundidas. Assim que chegassem à espessura desejada, os pedaços de chifre eram comprimidos em moldes para criar uma forma útil. Algumas vezes, os artesãos tingiam as peças para fazê-las parecerem um caro casco de tartaruga.
Dois itens são particularmente importantes para esta história porque utilizam diferentes técnicas: pen-tes e botões.
Figura 1-1 – Esta lamparina mostra as janelas de material cór-neo. (Foto das Coleções do Museu Henry Ford e Greenfield Village)
Figura 1-2 – Este pente de casco de tartaruga bem preservado mostra somente um dente quebrado. (Foto das Coleções do Museu Henry Ford e Greenfield Village)
Capítulo 1 – Introdução histórica aos plásticos 3
Pentes. Alguns artesãos ingleses de materiais córneos emigraram para as colônias americanas e lá estabele-ceram seus pequenos negócios. Em torno de 1760, aqueles que trabalhavam com materiais córneos já estavam bem estabelecidos em Massachusetts. A ci-dade de Leominster, em Massachusetts, tornou-se um centro de negócios com pentes e assim ganhou o nome de comb city, ou cidade dos pentes.
Nas fábricas de pentes, artesãos serravam os chi-fres em pedaços achatados no tamanho desejado, fa-ziam os dentes utilizando serras finas, suavizavam as arestas, coloriam e poliam os pentes. A última opera-ção era chamada de flexão (ou bending). Uma fôrma de madeira era usada para moldar o pente amoleci-do, imprimindo-lhe uma curvatura que era mantida após o resfriamento.
A Figura 1-2 mostra uma fotografia de um pente feito de casco de tartaruga. Observe que vários den-tes estão ligeiramente arqueados. Mesmo nos pentes mais cuidadosamente confeccionados, os dentes fi-nos se quebravam com facilidade. Observe também que o pente é, em geral, uniforme na seção transver-sal. Normalmente, os pentes não eram estampados em relevo com motivos artísticos, porque cascos e chifres não são materiais que fluem com facilidade.
Embora os produtores de pentes, em Massachu-setts, desenvolvessem máquinas para mecanizar a produção, não conseguiam estabelecer uma produção estável. Isso não era culpa das máquinas, mas sim do material. Os grampos de fixação e os movimentos de corte exigiam peças de trabalho mais planas e unifor-mes. Com relação ao tamanho e à flexibilidade, os ma-teriais córneos não eram nem planos nem uniformes.
A falta de consistência dimensional, baixa “capa-cidade de fluxo” e o inerente desperdício provocado pela forma dos materiais córneos levaram os fabri-cantes de pentes a buscar substitutos.
Botões. Os fabricantes de botões de materiais cór-neos enfrentaram uma série de distintos problemas. Botões achatados eram moldados a partir de pedaços de chifre, recortados em esboços predimensionados e, em seguida, prensados em moldes aquecidos. No entanto, os clientes também queriam botões deco-rativos como complementos para as roupas finas. Botões de marfim feitos à mão estavam disponíveis há séculos, mas eram caros e de um só tipo. Com a
Figura 1-3 – Estes botões negros de material córneo mostram a possibilidade de se criar um relevo tridimensional com com-ponentes de moldagem córneos. (Foto da Coleção de Evelyn Gibbons)
finalidade de fazer gravações e motivos em relevo, o material de moldagem tinha de fluir facilmente no molde. Para conseguir isso, os artesãos desenvolve-ram pós de material córneo moído para moldagem. Os botões de material córneo consistiam quase sem-pre em cascos de vaca moídos e coloridos com uma solução aquosa. O pó desse material era derramado em moldes e comprimido, ou derramado no interior de lâminas. As lâminas eram cortadas em moldes va-zados com ferramentas similares aos tradicionais pe-quenos cortadores de biscoito. Os materiais contidos nestes espaços vazados eram então compactados em um molde para obter superfícies tridimensionais. A Figura 1-3 mostra dois botões de material córneo – um com relevo proeminente.
Os botões exigiam, ao contrário, propriedades fí-sicas não fornecidas pelo material. Eles eram muito espessos e fortes, mas sem dentes frágeis. O desejo de obter alternativas veio do trabalho real com os mate-riais córneos. O trabalho de retirar a massa de tecido e limpar a membrana viscosa do interior do chifre era sujo e acompanhado por fortes odores de chifres fervidos. Quando a goma-laca tornou-se disponível, os artesãos de materiais córneos cuidadosamente avaliaram suas qualidades.
Goma-lacaEm torno de 1290, quando Marco Polo retornou à Europa de suas viagens pela Ásia, trouxe a goma--laca. Ele encontrou a goma-laca na Índia, onde as pessoas já a utilizavam a séculos. Eles haviam desco-berto as propriedades únicas de um polímero natural proveniente de insetos, e não de chifres de vaca.
O polímero é produzido por um pequeno inseto rastejante chamado lac, nativo da Índia e sudeste da
Plásticos industriais: teoria e aplicações4
Ásia. A fêmea insere seu ferrão, semelhante a uma tromba em um galho ou pequeno ramo de uma árvo-re. Ela vive da seiva elaborada da planta hospedeira e exsuda um líquido espesso, que seca lentamente. Quando o depósito de líquido endurecido cresce, o inseto fica imobilizado. Após o macho fertilizar a fê-mea, ela aumenta as excreções de suco e é totalmente coberta. No interior deste depósito, ela coloca cen-tenas de ovos e finalmente morre. Quando os ovos eclodem, os insetos jovens comem sua cobertura e saem para repetir o ciclo.
A excreção endurecida tem propriedades únicas. Quando limpa, dissolvida em álcool e aplicada a uma superfície, gera um revestimento brilhante, quase transparente. O nome shellac (goma-laca) é descriti-vo porque vem de shell (do inglês, casco ou cobertura) e de lac. Além de ser usada como camada protetora para móveis e pisos, a goma-laca sólida era moldável.
Sob calor e pressão a goma-laca pode fluir nas re-entrâncias de moldes intrincados e detalhados. Como a goma-laca pura é fraca e frágil, foram desenvolvidos compostos contendo várias fibras para dar aos objetos moldados um pouco de resistência. Um dos primei-ros produtos feitos de goma-laca moldada foi o estojo daguerreótipo,3 mostrado na Figura 1-4. Sua manufa-tura nos Estados Unidos iniciou-se em 1852.
3 Aparelho fotográfico primitivo, inventado por Daguerre. (NT)
Figura 1-4 – Este estojo daguerreótipo, moldado em torno de 1855, contém goma-laca e pó de madeira. O detalhe é no-tável.
Além destes casos, a goma-laca era moldada em botões, teclas e isolantes elétricos. Em torno de 1870, o negócio de moldagem de goma-laca já estava bem esta-belecido. Na época em que os discos fonográficos eram feitos de goma-laca, as empresas ganharam um grande impulso. Materiais moldados em goma-laca podiam reproduzir com precisão os intrincados detalhes ne-cessários para a reprodução do som. Peças moldadas em goma-laca mantiveram um nicho na crescente in-dústria dos plásticos até os anos 1930, quando os plás-ticos sintéticos finalmente superaram suas qualidades.
Vários aspectos indesejáveis contrabalançavam as características desejáveis deste material. A quanti-dade e a qualidade da safra lac eram afetadas por in-setos predadores, chuvas insuficientes, variações de temperatura, ventos quentes e as regiões geográficas da Índia. Na seca, os agricultores colhiam os ramos hospedeiros dos insetos lac vivos e seus ovos. Eles ar-mazenavam a ninhada lac em covas e mantinham os gravetos e ramos molhados com água fria. Caso não fosse dada continuidade a esta tarefa pesada, o resul-tado seria a morte dos reprodutores lac.
Em condições normais, os agricultores coleta-vam os galhos incrustados de goma-laca após a larva deixar o abrigo. Em seguida, o resíduo endurecido era raspado e limpo. A limpeza não era um processo simples, por causa da areia, sujeira, insetos lac mor-tos, folhas e fibras de madeira.
Mesmo quando a goma-laca estava pronta para ser utilizada como revestimento ou pó de moldagem, os problemas persistiam. O maior era a absorção de umi-dade. Quando um objeto moldado ou reves timento de goma-laca fica úmido, absorve água. Quando imerso em água por 48 horas, o material absorve até 20% de água e apresenta uma coloração esbranquiçada. Mó-veis antigos apresentavam manchas de umidade cir-culares resultante da condensação de água gelada nos recipientes sobre eles depositados. A goma-laca tam-bém absorve umidade da atmosfera. Em ambientes com grande umidade, absorve-se água suficiente para esbranquiçar os acabamentos em goma-laca. A absor-ção de umidade pode provocar fissuras nos objetos moldados. Mesmo formas estáveis, tais como botões, rachavam em razão da absorção de umidade.
A cor da goma-laca não era consistente. As cores mais comuns – amarelo e laranja – dependiam do tipo de árvore infestada pelo lac. Para obter goma-laca
Capítulo 1 – Introdução histórica aos plásticos 5
branca, alvejantes com cloro eram usados para clare-ar a cor natural. No entanto, o processo de branque-amento também afetava sua solubilidade em álcool. A goma-laca branqueada frequentemente coalescia em uma goma, uma massa inútil.
Outro problema era o envelhecimento. Acaba-mentos e objetos moldados de goma-laca escureciam com o tempo. A goma-laca velha tornava-se insolú-vel em álcool. A goma-laca acabada quando armaze-nada em latas de aço também absorvia o ferro, o que a tornava cinza ou preta.
Estes problemas levaram os fabricantes a buscar alternativas. Novos plásticos começaram a substituir goma-laca durante os anos 1920 e 1930. Em respos-ta, os produtores de goma-laca tentaram melhorar as suas qualidades. Como a goma-laca continha vários polímeros, eles esperavam separar a fração de inte-resse por destilação fracionada. No entanto, esse es-forço não produziu um material que pudesse resistir à concorrência dos plásticos sintéticos.
Guta-perchaA Guta-percha é um polímero natural com proprie-dades notáveis. É produzida pelas árvores indígenas Palaquium gutta da península malaia. Em 1843, William Montgomerie informou que, na Malásia, a guta-percha era usada para fazer cabos de facas. O material era amolecido em água quente e comprimi-do manualmente na forma desejada. Seu relatório despertou o interesse no material e levou à formação da Guta Percha Company, que permaneceu ativa até 1930. Esta empresa manufaturava itens moldados.
As características da guta-percha são incomuns. Em temperatura ambiente, é um sólido. Pode-se mor-dê-la, mas não se quebra facilmente. Quando aqueci-
Figura 1-5 – O primeiro cabo transatlântico tinha um diâmetro global de 0,62 polegada e continha 1 libra de guta percha por todos os 23 pés de cabo. A quantidade de guta percha usada para o cabo inteiro foi acima de 260 toneladas.
da, pode ser esticada em longas tiras que não vão rico-chetear como a borracha. A guta-percha é altamente inerte e resiste à vulcanização. Sua resistência ao ata-que químico a torna um excelente isolante para fios e cabos elétricos. Quando longas tiras de guta-percha são enroladas em torno de um fio, o cabo resultante é flexível, impermeável e imune a ataques químicos.
O primeiro cabo telegráfico submarino atraves-sava o Canal Inglês de Dover para Calais. Seu sucesso deveu-se ao isolamento da guta-percha. Nos Estados Unidos, a Morse Telegraph Company instalou um cabo isolado com guta-percha cruzando o rio Hu-dson, em 1849. A guta-percha também protegeu o primeiro cabo transatlântico instalado em 1866. A Figura 1-5 mostra a utilização da guta-percha no primeiro cabo transatlântico.
Assim como outros materiais naturais, a guta--percha era inconsistente. A contaminação criava pontos no isolamento que eram de baixa resistência à eletricidade. Estes pontos eventualmente perdiam a capacidade de isolar, o que levava a um curto--circuito. Apesar desses problemas, ela permaneceu insuperável como isolante até o desenvolvimento de plásticos sintéticos nas décadas de 1920 e 1930. Só então a guta-percha tornou-se menos importante em aplicações elétricas.
Primeiros materiais naturais modificados
Era difícil coletar, armazenar ou purificar plásticos naturais. A utilização desses materiais em processos de fabricação era difícil. Qualquer material que tivesse potencial como um substituto para os materiais córneos
7 cabos de fios de ferro 18 feixes de 7 em torno do cabo
Envoltório de cânhamo curtido 7 cabos de cobre condutor
Guta percha
Cabo Atlântico, 1858
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isbn 13 978-85-221-1187-9isbn 10 85-221-1187-1
9 788522 1118797 8 8 5 2 2 1 1 1 8 7 99
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Plásticosindustriais
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Tradução da 5a ediçãonorTe-americana
Tradução da 5a ediçãonorTe-americana
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Mecânica dos materiaisTradução da 7a edição norte-americana
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ciência e engenharia dos materiaisDonald R. Askeland e Pradeep P. Phulé
Química orgânica experimental: técnicas de escala pequenaTradução da 3a edição norte-americana
Randall G. Engel, George S. Kriz, Gary M. Lampman e Donald L. Pavia
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