Plastificante: a Mágica da Indústria de Plásticos

A descoberta de plastificantes praticamente tornou a indústria de polímeros possível.

Texto adaptado de Julia Flórez – Pesquisadora da Afinko Polímeros.

Já se perguntou por que existe cano de PVC (rígido) e mangueira de PVC (flexível)?

Uma das razões é devido a presença (ou ausência) de plastificantes. Sem um plastificante, muitos polímeros seriam muito frágeis e rígidos para serem utilizados. Produtos como filmes plásticos, solados de sapatos, capas de fios, dentre outros, simplesmente não existiriam. Praticamente qualquer item de plástico ou polímero que você possa imaginar pode ter um plastificante adicionado a ele e muitas vezes mais de um.

Mas o que é o plastificante?

Segundo a IUPAC, o plastificante é uma substância ou um material incorporado em um plástico ou elastômero para aumentar a flexibilidade, a processabilidade ou a extensibilidade (capacidade de alongar).

O plastificante pode reduzir a viscosidade do fundido, a temperatura de transição vítrea (Tg) ou o módulo elástico, sem alterar as características químicas fundamentais do material plastificado. Este aditivo se aloca entre as cadeias poliméricas e diminui a interação entre elas através do aumento do volume livre entre as cadeias ou através da atenuação das ligações de van der Waals, resultando em uma matriz mais flexível e extensível. A figura abaixo exibe o mecanismo de plastificação do PVC.

Demonstração da plastificação do PVC

Figura – Plastificação do PVC. Fonte: Caracterização Mecânica: Tração, Flexão e Impacto – Afinko Soluções em Polímeros.

Nem tudo são mil maravilhas

Em baixas concentrações o plastificante pode causar o efeito contrário ao desejado, denominado antiplastificação. Este fenômeno pode ser explicado por duas teorias:

  1. Quando presente em baixas concentrações, o plastificante pode se alocar no volume livre natural que há entre as cadeias do polímero ocasionando uma restrição de movimento e consequente aumento de rigidez, resistência à tração, diminuição da deformação na ruptura e resistência ao impacto.
  2. A segunda teoria atribui este fenômeno ao aumento da cristalização induzido pelo plastificante quando presente em baixas concentrações. A partir de um certo teor o plastificante causa a flexibilização do polímero, queda da resistência à tração, aumento da deformação de ruptura e resistência ao impacto. Este comportamento está ilustrado na figura abaixo.
Efeito do plastificante nas propriedades mecânicas. Fonte: Caracterização Mecânica: Tração, Flexão e Impacto – Afinko Soluções em Polímeros.

Figura – Efeito do plastificante nas propriedades mecânicas. Fonte: Caracterização Mecânica: Tração, Flexão e Impacto – Afinko Soluções em Polímeros.

É possível saber a quantidade de plastificante num produto?

Sim! É possível!

A presença e quantidade de plastificante podem ser determinadas por algumas técnicas analíticas como GC-MS, TGA, FT-IR, dentre outras.

Somado a isso, o efeito da presença do plastificante nos diferentes plásticos pode ser avaliado por análises mecânicas como tração e impacto. Além de outras análises como a Reometria Capilar e o DSC.

Tem algum polímero que gostaria de verificar a presença de plastificantes ou outros aditivos?

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Fatores que Afetam a Cristalização de Polímeros

Como dissemos no texto anterior (Polímero (Semi)Cristalino: O que é?), a cristalização é afetada por diversos fatores. Neste texto iremos nos aprofundar neles:

Fatores estruturais

Linearidade da cadeia

A linearidade de uma cadeia interfere de forma que cadeias lineares possuem maior liberdade de movimento e são empacotadas mais facilmente. Assim, favorecem a formação de regiões cristalinas.

Em cadeias ramificadas, as ramificações tendem a formar volume livre nas pontas de cadeias. Estas, por sua vez, criam defeitos, favorecendo a formação de regiões cristalinas.

Presença de grupos laterais

Grupos/grupamentos laterais dificultam – chegando ao ponto de impedir completamente – um empacotamento regular das cadeias. Com isso, a cristalização do polímero fica prejudicada. Neste caso, a dificuldade de cristalização é maior ainda quando esses grupos laterais não apresentam regularidade no seu posicionamento.

Taticidade

A taticidade de um polímero diz respeito a como são dispostos os grupos laterais nas cadeias, tomando como eixo a cadeia carbônica principal.

Os radicais podem se organizar de três formas distintas como ilustrado na figura:Taticidade de Polímeros, da esquerda para direita: material isotático, material sindiotático e material atático.

Figura: Taticidade de Polímeros, da esquerda para direita: material isotático, material sindiotático e material atático.

  • Sindiotáticos: Polímeros em que os radicais se alternam ora acima ora abaixo do eixo, seguindo um padrão alternado regular.
  • Isotáticos: Polímeros que tem todos os radicais de um mesmo lado da cadeia.
  • Atáticos: Polímeros em que os radicais se posicionam de forma aleatória.

Assim, polímeros que apresentam regularidade, tanto os isotáticos quanto os sindiotáticos tendem a apresentar cristalinidade, já os atáticos tendem a ser amorfos.

Configuração em torno de dupla ligação

Sabemos que a dupla ligação permite que ocorra a isomeria das partículas, fazendo com que as cadeias assumam diferentes configurações.

A isomeria trans faz a cadeia adquirir a configuração de zig-zag planar, facilitando o empacotamento e por conseguinte a cristalização.

Polaridade

A polaridade induz interações dipolo-dipolo aumentando as forças intermoleculares o que aumenta a proximidade entre as cadeias. Assim, aumenta-se o fator de empacotamento gerando cristalinidade e aumentando a temperatura de fusão cristalina (Tm).

Rigidez da cadeia principal

Cadeias rígidas facilitam o empacotamento por tender a manter ordem mesmo no estado fundido. Com isso, mesmo que fundidas e com certo grau de ordenação prévio, as cadeias principais rígidas apresentam maior fração cristalina. Quanto menos rígida a cadeia, maior a probabilidade de defeitos cristalinos.

Copolimerização

Copolímeros possuem, em sua composição, dois ou mais meros, cada um com uma conformação ideal para cristalizar, o que dificulta a cristalização. Isso acontece uma vez que  para um empacotamento regular de longo alcance necessita-se de regularidade, o que não acontece em copolímeros. Assim, eles usualmente são amorfos. A exceção são os polímeros em bloco.

Fatores externos

Impurezas ou aditivos

Por poderem se alojar dentro do polímero, impurezas, carga, plastificantes e outros aditivos podem mudar o comportamento do polímero com a temperatura. Além disso, podem servir também como substrato para nucleação heterogênea, facilitando a cristalização.

Condições de processamento – Temperatura de cristalização

A temperatura em que o material é posto para cristalizar/solidificar influenciará qual etapa da cristalização será favorecida. Caso a temperatura esteja próxima à Tm, favoreceremos o crescimento do cristal. Isso porque o pequeno resfriamento dá origem a poucos núcleos, que crescerão e demorarão a se tocar, produzindo esferulitos grandes. Somado a isso, quanto maior a temperatura, menor a viscosidade do fundido e maior a mobilidade das cadeias, o que resulta em maior cristalinidade.

Caso a temperatura esteja mais próxima à Tg, favoreceremos a nucleação. Isso porque o grande resfriamento promove a criação de núcleos e, assim, os esferulitos estarão mais próximos e logo se tocarão, dando origem a um maior número de esferulitos porém pequenos.

Condições de processamento – Taxa de resfriamento

Para que se forme ordem de longo alcance é necessária energia, tempo e mobilidade para que as cadeias se acomodem. Assim, se a taxa de resfriamento for muito alta, provavelmente o polímero será amorfo, pois com o decréscimo da temperatura haverá diminuição da energia de movimento das cadeias, elas poderão se mover por pouco tempo. Além disso, com o aumento da viscosidade em baixas temperaturas as cadeias perderão toda a mobilidade.

Várias imagens de MEV com crescimento de esferulitos à diferentes isotermas

Figura: Micrografia ótica polarizada de esferulitos de PCLLA75 cristalizados à isotermas.

A taxa de resfriamento pode suprimir completamente a cristalização, de um polímero desde que rapidamente resfriado.

Neste vídeo você pode conferir a formação dos esferulitos: https://www.youtube.com/watch?v=M1Fg8pHALw8

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Sebastião Vicente Canevarolo – Ciência dos polímeros
William D. Callister – Materials Science and engineering an introduction.
Lucas Cid Araujo Cruz – Estudo da cinética de cristalização do polifluoreto de vinilideno

Polímero (Semi) Cristalino: O que é? – Saiba agora!

Cristalização de um polímero depende muito da cadeia polimérica.

Nós explicamos o que é um polímero neste texto aqui. Nele dissemos que os polímeros podem ser divididos em muitas subclasses, dependendo da utilização de diferentes critérios. Um desses critérios é a forma como as cadeias poliméricas estão empacotadas/arranjadas.

Semicristalinos x amorfos?

Os polímeros em estado sólido possuem uma estrutura a qual depende do modo como suas cadeias moleculares estão empacotadas/arranjadas. Em função deste arranjo de cadeias, é possível definir duas classificações de estruturas, comumente chamadas de fase, sendo elas: fase amorfa (que possui cadeias desordenadas) e fase cristalina (cadeias se encontram em um arranjo tridimensional ordenado). Portanto, tecnicamente não existe polímero totalmente cristalino uma vez que mesmo uma fase cristalina apresenta pequenas regiões amorfas e, por isso, eles são classificados como semicristalinos ou amorfos.

Cristalização: Polímero do estado Fundido para Sólido

Figura: Polímero do estado Fundido para Sólido. Fonte: Plastics Tecnology.

Como são formadas as regiões cristalinas?

Existem modelos que explicam a morfologia dos materiais poliméricos. Um dos mais antigos modelos é o de “Micela Franjada” e o atual é o de “Cadeias Dobradas”.

O primeiro modelo, os polímeros são constituídos por duas fases: pequenos cristalitos formados por segmentos moleculares de diferentes cadeias alinhados uns aos outros, dispersos em matriz amorfa. Porém, este modelo não explica a existência de monocristais poliméricos nem de esferulitos (estruturas formadas no processo de cristalização a partir de núcleos individuais que se desenvolvem radialmente).

Já o segundo, apresenta os polímeros formados por lamelas que constituem os cristais. Nestes, as cadeias estão orientadas na direção normal à superfície das lamelas, dobradas de forma regular sobre si mesmas dentro do cristal.

Do que depende a cristalização?

São diversos fatores que afetam a cristalização, e em muitas situações práticas há mais de um fator contribuindo a cristalização ou não de um material. Entres os fatores que afetam a cristalização de um polímero estão:

  • Estrutura química do polímero (tamanho de cadeia, elementos químicos presentes, radicais químicos presentes, etc);
  • Presença de impurezas/aditivos: agentes nucleantes, cargas inorgânicas, pigmentos, contaminações, etc;
  • Condições de processamento do material: taxa de aquecimento e resfriamento do mesmo, posterior tratamento térmico;
  • Solicitações mecânicas.

No próximo texto vamos nos aprofundar nestes fatores que afetam a cristalização de um polímero!

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Qual a importância da seleção de materiais?

Em meio a tantas opções de materiais, escolher o melhor para ser aplicado em um determinado projeto se torna algo extremamente difícil.

A ciência não para de descobrir e desenvolver novos materiais. Isso faz com que a escolha de um material adequado para determinado projeto fique cada vez mais difícil.  Entretanto, essa escolha é parte fundamental do projeto.

Qual a importância?

O sucesso do produto final depende fortemente do material utilizado. A escolha errada deste pode causar falha prematura do produto, bem como um produto superdimensionado será custoso para o projeto. Para ambos os casos, a escolha errada será refletida em custos e na segurança do usuário.

Assim, a seleção de materiais pode ser executada pensando em diferentes objetivos. Por exemplo:

  • Redução de custos;
  • Novas condições de serviço;
  • Novo processamento;
  • Redução de peso;

Dentre outros.

Mapa de Ashby – Módulo Elástico (Young) x Densidade, com IM’s. Fonte: sciencedirect

Mapa de Ashby – Módulo Elástico (Young) x Densidade, com IM’s. Fonte: sciencedirect

Como é realizada?

Para que seja possível chegar em uma lista de prováveis materiais que podem ser utilizados no projeto, podem ser utilizados os “Mapas das Propriedades dos Materiais”, conhecidos como Mapas de Ashby, que foi quem inicialmente desenvolveu o mesmo.

Estes mapas procuram agrupar todas as famílias de materiais cujas coordenadas compõem Índices de Mérito (ou de desempenho). Em geral, o agrupamento dos materiais nos mapas faz com que seja necessário o uso de escalas logarítmicas, ocasionando uma perda de definição, que é compensada ampliando-se regiões do mapa.

O índice de mérito (IM), em vermelho no mapa acima, é uma fórmula algébrica que expressa uma relação entre duas propriedades ou características. A partir disso, quanto maior o IM, mais adequado é o material para aquela função planejada.

Tem algum projeto e não sabe qual material usar?
A Afinko Soluções em Polímeros presta consultoria na seleção de materiais. Caso tenha interesse, entre em contato conosco: https://afinkopolimeros.com.br/contato

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Nós recomendamos:

Science Direct
Michael Ashby – Seleção de Materiais no Projeto Mecânico

02 Técnicas Fundamentais para Descobrir do que um Produto é Feito.

Entre as inúmeras técnicas de caracterização que existem, duas são fundamentais para descobrir de que tipo polímero ou “plástico” um produto é feito.

Uma das grandes solicitações que temos aqui na Afinko é para identificar o material de determinado produto.

Estes produtos algumas vezes são matérias-primas outras são produtos acabados. Em ambos os casos é possível realizar análises que indiquem sua composição principal. Para isso, nós utilizamos várias técnicas que fornecem as mais diversas informações.

Neste texto aqui nós comentamos sobre as análises físicas e químicas e suas diferenças.

Falando nisso, você já se inscreveu no nossos cursos de Caracterização Mecânica e Análise de Falhas em Peças Poliméricas?? Não?!

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Em nosso site, você pode encontrar aproximadamente 40 técnicas de análises de materiais. Mas será que todas elas são necessárias?

Evidentemente que quanto mais análises realizarmos, mais informações teremos sobre o material. Porém separamos duas técnicas principais para determinar de que polímero é feito seu material: FTIR e DSC, as quais, sem dúvida nenhuma, são as mais utilizadas para caracterização de polímeros.

1)     Espectroscopia no Infravermelho (FTIR)

Nós falamos sobre o Ensaio de FTIR neste texto aqui.

Basicamente, através da análise do espectro resultante do ensaio, é possível observar os grupamentos químicos. A partir deles, na maior parte dos casos, é possível identificar o material polimérico do qual uma determinada amostra é composta. Isso só é possível pois cada polímero tem uma “impressão digital” no infravermelho.

O FTIR é um ensaio químico que permite identificar materiais desconhecidos e contaminações, determinar o índice de oxidação, avaliar degradação, quantificar alguns compostos, avaliar misturas de materiais, etc.

Análise FTIR - Em azul PET, em verde PBT.

Figura: Espectro obtido através da análise FTIR – Em azul PET, em verde PBT.

2)     Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)

O Ensaio de DSC é utilizado para determinar algumas propriedades térmicas de um material como temperatura de Transição Vítrea (Tg), Temperatura de Fusão (Tm), Temperatura de Cristalização (Tc). Além de Tempo de Cristalização, Entalpia de Fusão, Porcentagem de Cristalinidade, Calor Específico, Capacidade Calorífica, Velocidade de Cura dos polímeros, etc.

Através dessa técnica é possível detectar tensões congeladas em peças acabadas, contaminação e mistura de materiais, tempo de oxidação (OIT e OOT), algumas quantificações para mistura de materiais, dentre outras aplicações.

Nós falamos detalhadamente sobre o Ensaio de DSC aqui.

Gráfico de uma análise DSC

Figura: Gráfico obtido através de uma análise DSC.

Da união das duas, vem a confirmação.

Assim, combinando os resultados das análises é possível afirmar qual é o material constituinte de uma determinada amostra polimérica.

Isso porque a análise de FTIR irá informar os grupamentos químicos presentes na amostra. Eles podem ser característicos de determinado polímero de fácil identificação, ou podem estar contaminados (ou misturados) com outro, alterando o espectro obtido, ou podem ser de algum que necessite de mais informações para afirmar o polímero.

Assim, no caso da segunda e terceira situações descritas acima, o Ensaio de DSC contribui para confirmar qual, ou quais, polímeros se encontram naquele produto.

 

Quer saber do que é composto seu material polimérico?!

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Ensaio de DSC: https://afinkopolimeros.com.br/servicos/ensaios-laboratoriais/ensaios-termicos/#calorimetria

Ensaio de FTIR: https://afinkopolimeros.com.br/servicos/ensaios-laboratoriais/ensaios-quimicos/#ftir

 

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O que é um Polímero Auto-extinguível?

O triste episódio que aconteceu no CT do Flamengo este mês chocou o país.

Um dos assuntos que foram tratados nisso tudo, foi a questão do Poliuretano usado nos contêineres. Segundo a empresa fabricante dos contêineres, o material utilizado possui característica auto-extinguível. O que significa isso?

O que faz um polímero ser auto-extinguível?

Ser auto-extinguível é uma classificação determinada por norma, como a UL 94. Mas o que o faz ter essa classificação?

Isso acontece devido ao uso de aditivos.

Também conhecidos como modificadores de plásticos, os aditivos são substâncias adicionadas aos polímeros com o objetivo de melhorar alguma(s) propriedade(s), seja física, química ou elétrica, além de ter a capacidade de melhorar o processamento do mesmo. Em geral, são aplicados em pequenas quantidades (até 2%) antes da formação do pellet comercial.

E para que um polímero seja qualificado como auto-extinguível é utilizado um aditivo chamado: Retardante de Chamas.

Ensaio de Flamabilidade segundo a norma UL 94. Esquerda: PET; Direita: PMMA; Fonte: NUDECPlastic.

Como funciona o Retardante de Chamas?

Esse aditivo tem como objetivo RETARDAR ou, se possível, eliminar a propagação de chamas. Ele faz com que o material polimérico demore mais tempo para iniciar sua combustão, diminui a velocidade de queima e a emissão de fumaça.

Assim, o objetivo principal deste aditivo é SALVAR VIDAS.

Para que algo seja queimado é necessário combustível, oxigênio e chama. Sem oxigênio a queima não consegue se sustentar ou continuar. Assim, os retardantes de chama atuam através de dois mecanismos:

  • Remoção/Absorção do oxigênio do ar que envolve a chama;
  • Forma uma camada de material ao redor da chama para evitar o fluxo de calor.

Existem mais de 200 tipos de retardantes de chama, sendo que os elementos químicos mais comuns utilizados em sua composição sãobromo, cloro, fósforonitrogênio e hidróxidos metálicos.

Vale lembrar que alguns polímeros como o Policloreto de Vinila (PVC) é naturalmente um retardante de chamas, isso porque, durante sua queima, é produzido ácido clorídrico (HCl), água e gás carbônico. Dessa forma, ele utiliza ambos os mecanismos de retardamento. O cloro produzido reage com o oxigênio, removendo/absorvendo do redor da chama. O PVC incha formando uma camada que obstrui o fluxo de oxigênio.

Para poliuretano, o retardante mais utilizado são os baseados em fósforo. Seu funcionamento é diferente dos retardantes halogenados. Eles desidratam formando uma camada carbônica na superfície do material, impedindo que o fogo o atinja e que se forme a combustão.

No texto da próxima semana nós vamos explicar como é o Ensaio de Flamabilidade (ou Inflamabilidade) que determina se o polímero é ou não auto-extinguível.

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Teflon: Por que nada gruda nele?!

Já viu alguma coisa grudar em Teflon ®?! Nem lagartixa gruda!

politetrafluoretileno (PTFE) é um polímero conhecido mundialmente pelo nome comercial Teflon ®, marca registrada propriedade da empresa DuPont.

Enquanto outros termoplásticos possuem baixa resistência ao calor, quando comparados aos metais, e baixa resistência à produtos químicos, o Teflon ® possui:

  • Excelente resistência química
  • Temperatura de trabalho na faixa de -260ºC à 220ºC
  • Incombustível e antichama
  • Possui baixo coeficiente de atrito (o que confere a propriedade antiaderente)
  • Não sofre ação dos raios solares
  • Bom dissipador de calor
  • Boa usinabilidade
  • Alta resistência ao impacto
  • Baixa resistência à tração
  • Baixa resistência à fluência

Sendo então comparado aos plásticos de engenharia como as poliamidas e poliacetal.

Olhando todas essas propriedades é fácil pensar que ele foi desenvolvido justamente para o uso em panelas, não é mesmo?

Porém, além da sua descoberta ter acontecido acidentalmente, seu uso inicial foi na indústria bélica como vedação das válvulas da bomba de Hiroshima lançada em 1945. Sua descoberta aconteceu no ano de 1938 pelo químico norte-americano Roy Plunnkett para a DuPont, quando este tentava desenvolver um novo gás refrigerante para substituir o CFC. Seu uso no revestimento de panelas se iniciou em 1954, e hoje o Teflon ® possui diversas outras aplicações como: gaxetas, selos mecânicos, parafusos, mancais, entre outros.

Por que nada gruda no Teflon ®?

Nem mesmo as lagartixas, que conseguem andar por diversos tipos de superfícies, conseguem andar sobre o Teflon®. Veja o vídeo:

Isso acontece devido a propriedade antiaderente do Teflon®. A cadeia polimérica do PTFE é formada por átomos de carbono e flúor como se fosse um fio recoberto.
O flúor, devido a sua elevada eletronegatividade, atrai os elétrons do carbono para si, criando uma espécie de camada que repele quaisquer átomos que se aproximam. Assim, devido a essa camada, os elétrons não são capazes de interagir, através das Forças de Van der Waals, com outras moléculas que tocam superfície do Teflon ® e, portanto, nada gruda nele.

A Afinko Soluções em Polímeros realiza ensaios de propriedades mecânicas, térmicas, químicas, físicas, reológicas e de microscopia.
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Filamentos: os 4 mais utilizados e suas características

A escolha dos tipos de filamentos para impressão é fundamental.

Já falamos sobre o que é a impressão 3D e um pouco da sua história, os tipos de impressão 3D segundo a ASTM e sobre a resistência mecânica dos objetos produzidos por impressão. Agora, vamos focar um pouco na tecnologia FDM e comparar quatro dos materiais mais utilizados em forma de filamento para imprimir.

ABS

O ABS é um copolímero amorfo formado pelos monômeros de acrilonitrila, butadieno e estireno. Além da impressão 3D, é muito utilizado para produção de peças de lego, carcaças de eletrodomésticos, peças automotivas e etc.

Suas principais características são:

  • Boa rigidez e leve flexibilidade
  • Ótima resistência ao impacto
  • Bom acabamento superficial.
  • Boa Fluidez
  • Baixa precisão dimensional
  • Boa resistência ao atrito
  • Ótima resistência à altas temperaturas
  • Boa resistência à umidade
  • Boa usinabilidade
  • Boa durabilidade
  • Baixa resistência à UV
  • Tg: 105°C

A partir disso, o ABS é indicado para produção de peças que exijam maior resistência ao impacto e alta temperatura, além de peças que necessitem de certa flexibilidade para encaixes. Deve-se tomar cuidado ao fato de que durante a impressão o ABS emite gases que podem ser prejudiciais à saúde.

Após ser impresso, o objeto produzido em ABS pode ser lixado ou usinado com facilidade. Somado a isso, quando mergulhado em acetona ou colocado em contato com vapor de acetona, sua superfície é alisada oferecendo um bom acabamento superficial. A acetona, assim como a cola epóxi e adesivos, pode unir peças produzida em ABS.

Em geral, o ABS é utilizado no lugar do PLA quando resistência à altas temperaturas e ao impacto são desejáveis no produto final.

PLA

O PLA é produzido através de fontes renováveis como o amido de milho, raízes de mandioca e da cana. Sendo assim, é um termoplástico biodegradável que se degrada, em condições adequadas/propicias, em torno de 24 meses enterrado ou 48 em água. Somado a este fato, durante a impressão, ele não emite gases prejudiciais à saúde.

Suas características são:

  • Alta rigidez e baixa flexibilidade
  • Baixa resistência ao impacto
  • Alta Fluidez;
  • Baixa contração à Boa precisão dimensional
  • Baixa resistência ao atrito
  • Baixa resistência à altas temperaturas
  • Baixa resistência à umidade
  • Baixa usinabilidade devido ao calor gerado que pode deformar a peça
  • Boa Resistência à UV
  • Tg: 60°C
  • Tm: 155°C

Dessa forma, o PLA é indicado para produção de protótipos e objetos que não sejam submetidos à grandes esforços mecânicos, atritos ou altas temperaturas. Não é indicado para peças que necessitem de montagem ou flexibilidade. As peças de PLA podem ser unidas usando adesivos ou cola epóxi.

É o polímero mais fácil de ser impresso e promove boa aparência no produto final.

Exemplo de produtos impressos com diversas cores de filamentos

Exemplo de produtos impressos com diversas cores de filamentos

PETG

O PETG é um politereftalato, assim como os da garrafa plástica que conhecemos. Um de seus grandes diferenciais é a possibilidade de contato com alimentos.

Suas características são:

  • Alta rigidez e baixa flexibilidade
  • Alta resistência ao impacto
  • Alta Fluidez
  • Baixa contração à Boa precisão dimensional
  • Boa resistência ao atrito
  • Boa resistência à altas temperaturas
  • Boa resistência à umidade
  • Boa usinabilidade
  • Boa resistência química
  • Boa Resistência à UV
  • Boa reciclabilidade
  • Tg: 88°C
  • Tm: 250°C

Além destas propriedades, pode-se encontrar filamentos de PETG em cores translúcidas ou transparentes. Dessa forma, o PETG é ideal para peças que precisem de transparência e encaixes com maior flexibilidade sem perder sua resistência mecânica.

Suas partes podem ser unidades por adesivos e cola epóxi. Porém, deve-se atentar ao utilizar esses produtos caso a intenção seja o uso com alimentos.

TPU – Poliuretano Termoplástico

O TPU é um poliuretano que contem segmentos lineares flexíveis capazes de fundir sem degradas as ligações uretânicas. Em geral, o TPU pode assumir características elastoméricas (lembre sobre elastômeros aqui) ou de um plástico duro. Na impressão 3D ele é utilizado como material macio, altamente flexível e com boa elasticidade.

Suas características são:

  • Baixa rigidez e Alta flexibilidade
  • Alta resistência ao impacto
  • Alta resistência à flexão
  • Difícil processamento
  • Boa resistência ao atrito
  • Baixa resistência à altas temperaturas
  • Boa resistência à umidade
  • Boa resistência química
  • Boa Resistência à UV
  • Tg: -20°C
  • Tm: 220°C

Dessa forma, o TPU é utilizado para produtos que seja necessário altíssima resistência ao impacto e alta flexibilidade, pois, caso a alta flexibilidade não seja uma exigência, o ABS possui um custo-benefício muito superior.

Tabela Comparativa

Preparamos uma tabela para facilitar a comparação entre os tipos de filamentos apresentados de acordo com algumas propriedades:

Tabela Comparativa entre os Tipos de Filamentos

Tabela Comparativa entre os Tipos de Filamentos

 

A Afinko Soluções em Polímeros realiza a análise das propriedades de materiais poliméricos. Entre em contato conosco e descubra se seu material é de qualidade ou atende as necessidades requeridas.

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Nós Recomendamos:

3D Hub
Impressão 3D Fácil

7 tipos de Impressão 3D segundo a ASTM

Existem diversas formas de realizar uma impressão

A tecnologia de impressão 3D avançou muito nas últimas décadas como você leu no nosso último post (se ainda não leu, clique aqui).

Assim, surgiram diversas formas de realizar a impressão diferindo, principalmente, na forma em que o material é depositado camada por camada.

A American Society for Testing and Materials (ASTM), em 2010, definiu em 7 categorias toda a gama de terminologias que existiam no mundo da impressão 3D. Essas categorias estão definidas na norma ISO/ASTM 52900-15 Standard Terminology for Additive Manufacturing – General Principles – Terminology.

Confira mais sobre elas agora!

Vat Photopolymerisation

A mais utilizada e conhecida dessa classificação de impressão é a Estereolitografia (SLA).

As impressoras 3D desta categoria são baseadas na fotopolimerização, onde há um recipiente cheio com uma resina líquida que se polimeriza através da aplicação da luz UV. Assim, a luz UV constrói uma camada ao entrar em contato com esta resina, que se une à camada anterior. Depois de feita a camada, a plataforma a qual o produto está sendo impresso se move numa distância igual à espessura da camada, deixando a seção novamente em contato com a resina líquida e pronta para receber a luz UV.

Além da SLA, há também a DLP (Direct Light Print) e a CLIP (Continuous Liquid Interface Production).

Confira o vídeo abaixo para entender melhor o processo: https://www.youtube.com/watch?v=XikU5WSAgIc

Impressão3D_SLA

Figura: Impressão 3D SLA

Material Jetting

Uma das mais conhecidas deste tipo é a Polyjet. Este processo lembra muito uma impressora de papel de jato de tinta.

O material em gotas é depositado sobre uma bandeja de montagem. O material é um fotopolímero, o qual, após ser depositado sobre a camada anterior, recebe o feixe de luz UV, curando e formando o objeto.

Confira o vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=Som3CddHfZE

Binder Jetting (utilizado para impressão de metais)

Sim! É possível imprimir materiais metálicos, também.

No Binder Jetting são utilizados o material de base em pó e um aglutinante líquido. O pó é espalhado em camadas na câmara de desenvolvimento, e o aglutinante é aplicado através de jatos, colando as partículas de pó. Finalizada a impressão, o produto final é um aglomerado de partículas que está dentro da câmara recoberto pelo pó restante. Este pó é removido e pode ser reutilizado para uma próxima impressão.

Material Extrusion

Nesse tipo de impressão temos, de longe, a forma mais conhecida de todas, a FDM (Fused deposition modeling).

Seu funcionamento é bem simples pois não utiliza laser ou algum outro tipo de luz.

Um filamento plástico colocado em um carretel é tracionado até uma extrusora. Esta libera material fundindo construindo o produto por camadas, de baixo para cima. Dessa forma a camada que está sendo adicionada se funde a camada de baixo. A impressora segue as orientações de um arquivo digitalizado de impressão, realizando movimentos em X e Y em certo nível Z.

Powder Bed Fusion

A impressão mais comum nesse tipo é a SLS (sinterização seletiva a laser).

Seu funcionamento se baseia em um laser de alta potência que funde pequenas partículas (em pó) de material. Este material, que pode ser polímero, metal, cerâmica ou até vidro, é colocado em um recipiente e aquecido a uma temperatura logo abaixo do seu ponto de fusão. Em seguida, este material sai do recipiente através de uma lâmina e é depositado uma camada sobre a base onde será impresso o produto. O laser sinteriza seletivamente o material, que depois solidifica formando uma camada do produto final.

Sheet Lamination

Este tipo de impressão é realizado através de folhas, que podem ser de papel, metal ou de polímero.

Durante o processo, camadas de folhas são unidas utilizando calor e pressão. Estas folhas são contínuas como uma grande bobina e revestidas com um adesivo. Um rolo aquecido é passado sobre a folha, derretendo o adesivo e realizando a união. Uma faca ou um laser garantem as dimensões da peça. Assim é feito camada por camada.

Directed Energy Deposition

Este processo é usado na indústria de alta tecnologia de materiais metálicos.

O equipamento para este processo é, normalmente, ligado a um braço robótico com um bocal, o qual deposita pó metálico sobre uma superfície, e uma fonte de energia (arco de plasma, feixe de elétrons ou laser). Essa energia derrete o pó metálico, dando forma ao objeto.

Além do pó metálico, pode ser usado um fio metálico.

 

A Afinko Polímeros realiza ensaio em qualquer produto de impressão 3D. Segue normas nacionais e internacionais que garantem o procedimento e a qualidade do resultado.

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Impressão 3D: O que é e como surgiu

A forma de produção que irá mudar o mundo!

A impressão 3D é uma nova forma de produzir peças. Desde peças comuns do nosso cotidiano às peças totalmente personalizadas.

Conheça mais sobre essa nova tecnologia:

O que é impressão 3D?

Impressão 3D, também conhecida como prototipagem rápida, é um processo onde um modelo digital tridimensional que está em um computador é criado fisicamente pela deposição de sucessivas camadas de material.

Apesar dos diferentes tipos de impressão 3D que existem, todas elas se baseiam no mesmo princípio de deposição de camadas. A diferença entre os tipos, então, se dá pela maneira em que o material é depositado.

As vantagens da impressão 3D em relação aos processos tradicionais são: a diminuição, em alguns tipos chega até a eliminação, das restrições geométricas, possibilidade de fabricar peças com alto grau de complexidade e customizar o produto. Além disso, há uma diversidade de matéria prima que pode ser utilizada neste processo. Por exemplo, pode-se utilizar poliamidas, ABS, PET, metais como aço, alumínio e titânio, somado à impressão com concreto.

Pode-se imprimir brinquedos, artigos de decoração, calçados, casas inteiras, carros (como falamos aqui) e até órgãos humanos.

Coração produzido através da impressão 3D, facilitando as operações. Fonte: OpenBiomedical.org

Figura: Coração produzido através da impressão 3D, facilitando as operações. Fonte: OpenBiomedical.org

Um pouco de história

A tecnologia que estamos falando neste post não é tão antiga, mas provavelmente mais antiga do que você imaginava.

A primeira tentativa de patente da prototipagem rápida foi em 1980, quando Dr. Hideo Kodama teve sua solicitação negada pois perdeu o prazo, não conseguindo arquivar os documentos a tempo.

Quatro anos depois, engenheiros franceses prosseguiram no desenvolvimento da tecnologia. Porém o pedido de patente deles foi abandonado pela General Electric Company (agora Alcatel-Alsthom). Ainda em 1984, Chuck Hull inventa a estereolitografia, onde cria-se objetos através da deposição por camadas de material curável por luz ultravioleta, a partir de um modelo 3D. Dois anos depois foi concedida a patente à Hull, onde participou da fundação da primeira empresa de impressão 3D do mundo, a 3D Systems Inc.

Um estudante da Universidade do Texas, Carl Deckard, em 1988, inventou a impressora do tipo SLS (Sinterização a Laser Seletivo – tradução livre) – no próximo post vamos explicar mais sobre os tipos de impressoras. Posteriormente esta tecnologia foi licenciada pela DTM Inc.

Em 1989, Scott e Lisa Crump patentearam a tecnologia FDM (Modelamento por deposição de fundido – tradução livre). Esta é a tecnologia mais popular das impressoras 3D, o qual a impressão ocorre a partir de um filamento. Em 2009 a patente deste tecnologia se torna pública.

É incrível como em menos de 10 anos muita coisa mudou na impressão 3D.

Desde então há algumas impressões marcantes como:

  • 2000: Primeiro rim;
  • 2008: Primeira prótese de perna;
  • 2010: Primeiro protótipo de carro;
  • 2012: Primeira mandíbula e implantada;
  • 2016: Criação da ITOP, Sistema de Impressão de Órgãos e Tecidos.

 

A Afinko Polímeros realiza ensaios em produtos impressos e em matéria prima para impressões 3D. É possível determinar suas resistências químicas, físicas, térmicas e mecânicas.
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