O que é rotomoldagem?

O que é rotomoldagem?

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1 DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE ROTOMOLDAGEM

dimensões dos produtos [4, 2]As características do processo conferem às peças propriedades

A rotomoldagem, também chamada de moldagem rotacional ou fundição rotacional [2], é um processo de transformação de plásticos adequado à manufatura de uma vasta gama de artigos ocos, vazados ou abertos, desde bolas para tênis-de-mesa até grandes tanques para armazenamento de líquidos [3]. Do ponto de vista do processo, não há limites quanto às que lhes permitem competir com artigos moldados por sopro, injeção ou termoformagem.

Basicamente, o processo de rotomoldagem envolve quatro etapas [3, 4, 2], conforme pode ser visto na figura 3:

- CARREGAMENTO: a cavidade de um ou mais moldes bipartidos, abertos, são carregadas com uma quantidade pré-determinada de material, geralmente em pó, em pasta ou liquido [5]; após o carregamento os moldes são manualmente fechados por cintas ou grampos;

- AQUECIMENTO: os moldes são posicionados em um forno e rotacionados biaxialmente, de modo que o material é distribuído e fundido sobre as superfícies internas do molde;

- RESFRIAMENTO: ainda em rotação, os molde são removidos do forno e posicionados num ambiente de resfriamento; a remoção de calor dos moldes é feita pelo ar ambiente, por ar forçado ou ainda por aspersão (neblina) [4];

- DESMOLDAGEM: terminado o tempo previsto para a solidificação e resfriamento complementar das peças, os movimentos rotativos são cessados e os moldes são abertos, para que as mesmas sejam removidas manualmente;

Duas características da rotomoldagem são singulares, em relação aos demais métodos de transformação de termoplásticos: 1. Não há necessidade de aplicação de pressão sobre o material plastificado para a moldagem, que ocorre basicamente pela ação da força da gravidade; em todos os outros processos, o material é submetido à grandes forças de cisalhamento para ser conformado; 2.A fusão do material plástico e a solidificação do moldado ocorrem no mesmo local, ou seja, o molde precisa ser aquecido e resfriado a cada ciclo.

Figura 1 – Etapas do processo de rotomoldagem [6].

Destas características, decorrem a maioria das vantagens e desvantagens do processo [13, 2, 4]:

• baixo custo do ferramental e simplicidade do maquinário, por não haver altas pressões de moldagem envolvidas; para peças sem requisitos exigentes de qualidade e repetibilidade, a máquina e o molde costumam ser montados pelo próprio transformador;

• freqüente ausência de problemas microestruturais criadas pelo cisalhamento do material e resfriamento desuniforme, como orientações moleculares desfavoráveis, linhas de solda e tensões residuais internas, tornando os rotomoldados mais resistentes ao impacto do que os soprados e os injetados;

• distribuição uniforme e controlável da espessura da parede dos moldados; alterações significativas de espessura em injetados são impossíveis sem modificações ou fabricação de novo molde, enquanto na rotomoldagem isto é conseguido apenas com a variação da quantidade de material carregado no molde; soprados e termoformados geralmente sofrem afinamento nos cantos decorrentes do estiramento;

• inexistência de rebarbas e canais de alimentação, características dos processo de sopro e de injeção, respectivamente, que exigem despesas de reprocessamento;

• simplicidade de produção de moldados complexos, como peças com insertos, peças de parede dupla, artigos com contornos intrincados, aberturas laterais e undercuts, que geram dificuldades ou restrições aos processamento por injeção, sopro e termoformagem.

• baixa produção decorrente da maior duração dos ciclos de produção, que podem chegar a mais de uma hora para alguns artigos grandes, encarecendo o produto rotomoldado;

• pequeno número de matérias-primas adequadas ao processo, que exige capacidade de livre escoamento, em função das ínfimas pressões de moldagem.

De modo geral, a rápida amortização dos custos de molde e máquina tornam o processo preferido quando há pouca disponibilidade de capital para investimento e/ou quando o mercado é de risco [7, 4].

2 HISTÓRICO E PANORAMA ATUAL DA ROTOMOLDAGEM

O uso de rotação biaxial combinada com processos de aquecimento data de meados do século

XIX. Nos anos 20, por exemplo, bombons de chocolate eram produzidos desta forma na Holanda.

Mesmo já na década de 40, os altos tempos de ciclo e a escassez de matérias-primas processáveis – basicamente plastisóis de PVC – restringiam os tipos de peças àquelas com geometria muito simples e limitavam fortemente o crescimento deste processo [4].

Até a década de 60, os produtos rotomoldados eram quase que exclusivamente as bonecas, bolas e outros brinquedos feitos em plastisol de PVC. Além destes, era possível encontrar alguns recipientes simples (redondos ou retangulares), feitos com poliolefinas micronizadas pelos próprios transformadores [4].

Na Europa e nos EUA, a partir da década de 70, a rotomoldagem teve seus primeiros avanços significativos, com o desenvolvimento de matérias-primas mais propícias ao processo, como o polietileno linear, e dos conseqüentes progressos das máquinas e moldes [4].

A técnica de moldagem descrita anteriormente provavelmente ainda seja a menos sofisticada dentre as empregadas na indústria do plástico [8]. Entretanto, o amadurecimento tecnológico deste tradicional processo de fabricação vem sendo confirmado pelas inovações em equipamentos, materiais e técnicas de acabamento e de controle de processo apresentadas nos últimos quatro anos [9]. E, claramente, isto se reflete no expressivo crescimento da sua indústria a fim mundial, com taxas anuais de 10 a 15%, contra os 6 a 7 % referentes a todo o setor de transformação de plásticos [10, 7].

As possibilidades de aplicação da rotomoldagem foram ampliadas para além dos campos tradicionalmente conhecidos. O processo é atualmente aplicado em escala significativa na produção de peças com formato muito complexo. Componentes de alto conteúdo tecnológico, tais como tanques de combustível, recipientes de óleo hidráulico e revestimentos para veículos utilitários com ranhuras, flanges chanfradas e insertos rosqueados representam hoje o estado da arte desta técnica [4].

A figura 4 [4] mostra que a rotomoldagem européia centra-se nas aplicações técnicas para a indústria alimentícia e agricultura, para máquinas e equipamentos e para o setor automotivo. Nos EUA e Canadá, a tendência à produção de artigos técnicos é semelhante, embora o segmento de brinquedos ainda esteja entre os de maior destaque [4].

Ainda assim, o emprego da rotomoldagem é sensivelmente menor do que os principais processos de transformação. A tabela 1 mostra que o consumo de plásticos por processo de transformação na Europa Ocidental em 1996 foi de apenas 100 mil toneladas, contar um total de 25 milhões de toneladas consumidas por todos os processos somados [4]. O pequeno número de máquinas de rotomoldagem em uso reforça estes dados. Até 1997, contava-se aproximadamente 400 na América do Norte, contra 255 na Europa, distribuídas principalmente no Reino Unido, França, Alemanha e Itália [4].

Tabela 1 – Consumo de plástico por processo de transformação na Europa Ocidental durante o ano de 1996 [4].

Figura 2 – Distribuição do consumo de plástico rotomoldado em função da aplicação final na Europa em 1996 [4].

Assim como na Europa e América do Norte, no Rio Grande do Sul e no restante do Brasil, a rotomoldagem representa uma parcela de participação muito pequena na indústria de transformação, mas igualmente encontra-se em franco crescimento. Em 1997 o crescimento deste segmento alcançou a impressionante marca de 51 % [7].

Entretanto, uma vez que o desenvolvimento tecnológico do processo não se encontra no mesmo patamar europeu e norte-americano, a produção de artigos técnicos para setores como o automotivo, é ainda incipiente, privilegiando-se os segmentos de tanques industriais, construção civil e lazer, como mostrado pela figura 5. As tabelas 2, 3 e 4 mostram a participação de cada processo de transformação no consumo de matéria-prima no Brasil e no RS em 1997.

Tabela 2 - Participação dos processos de transformação no consumo total de matérias- primas plásticas no Brasil em 1997 [1].

Tabela 3 - Consumo nacional de polietileno por segmento [7].

Até 1997, o setor de moldagem rotacional brasileiro já consumia cerca de 1% do PVC produzido no país, bem como uma proporção semelhante de polietileno [1, 7]. Assim como em âmbito mundial [8], várias empresas da indústria petroquímica de segunda geração nacional estão apostando nesse crescente mercado. Resinas específicas para o processo têm sido desenvolvidas, em diferentes grades, conforme o tipo de aplicação. Como exemplos, pode-se citar os polietilenos da Politeno (Pólo Petroquímico do Nordeste, Camaçari-BA) e da Ipiranga Petroquímica (Pólo Petroquímico do Sul, Triunfo-RS).

Tabela 4 – Estrutura do valor da produção da Indústria de Transformação de Plásticos do Rio Grande do Sul em 1997, por processo de transformação [1].

Figura 3 – Mercado de rotomoldagem por segmento de aplicação [7].

3 JUSTIFICATIVA DO ESTUDO DO PROCESSO NO CEFET-RS

Atualmente, existe um grande interesse de pesquisa em rotomoldagem, maior do que em qualquer outra época. O processo vem ganhando respeito entre a comunidade acadêmica de pesquisa no mundo todo e a cada ano novas instituições manifestam interesse nesta tecnologia [8]. O professor Roy J. Crawford¹, da University of Auckland, Nova Zelândia, em artigo publicado na Annual Technical Conferece da Society of Plastics Engineers (SPE) [8] considera que “isto é altamente desejável, porque uma massa crítica de pesquisa e desenvolvimento ainda não foi alcançada”. Outros pesquisadores do processo, como Phillip Dodge, da USI/Quantum Chemicals, também afirmam que “no campo da rotomoldagem, o número de experts e a quantidade de publicações técnicas são limitadas” [2].

A limitação do número de matérias-primas processáveis, os altos tempos de ciclo e a escassa automatização das etapas do processo são os principais fatores que restringem o emprego da rotomoldagem. Focados nestes problemas, os objetivos dos centros de pesquisa norte americanos e europeus relacionam-se basicamente à quatro aspectos:

- estudo do comportamento reológico dos materiais para aprimoramento e desenvolvimento de matérias-primas; - técnicas de redução dos tempos de aquecimento e resfriamento;

- equipamentos e métodos de automatização;

- técnicas de simulação e controle do processo;

No Brasil, um reduzido número de instituições de pesquisa ocupa-se com pesquisas na área de processamento de polímeros. Ainda assim, os trabalhos desenvolvidos por centros como o CIMJECT (Centro de Informações em Manufatura Integrada por Computador para Componentes

¹R.J. Crawford foi pesquisador e professor da Queens University of Belfast, Irlanda do Norte, durante 27 antes de transferir-se recentemente para a Nova Zelândia. Em Belfast ele foi fundador e diretor do Rotational Moulding Research Centre, da referida universidade. Possui uma extensa produção científica sobre diversos tópicos referentes ao processo e é consideradoum dos maiores expoentes mundiais no assunto.

Plásticos Injetados) da Universidade Federal de Santa Catarina e o NRPP (Núcleo de Reologia e Processamento de Polímeros) da Universidade Federal de São Carlos–SP, voltam-se para processos de transformação mais difundidos, como, especialmente, a moldagem por injeção.

A pesquisa “A demanda da indústria de polímeros do RS por serviços tecnológicos e mecanismos de potencialização da sua infra-estrutura científica e tecnológica” [12], realizada pela Plataforma de Polímeros do Sul do Brasil (PLAPSUL)² em 1999, apresentou as principais carências para o desenvolvimento do segmento gaúcho de rotomoldagem segundo as empresas transformadoras, em ordem de importância:

1. “Baixa oferta de resinas específicas para diferentes produtos”; 2. “Falta de ferramenteiros no país”; 3. “Falta de recursos humanos tecnicamente capacitados”; 4. “Falta de literatura técnica”; 5. “Baixa oferta de máquinas de alta qualidade a preços compatíveis”.

O relatório final da pesquisa identifica, a partir destas carências, que “pesquisar e especificar grades poliméricos para o processo de rotomoldagem com o objetivo de aumentar a qualidade dos produtos finais e a produtividade do mesmo”, bem como “formar e treinar recursos humanos em todos os níveis hierárquicos das áreas diretamente envolvidas com a engenharia de produto” estão entre as principais linhas de capacitação que podem ser trabalhadas pelas instituições prestadoras de serviços de natureza tecnológica [12], como o CEFET-RS.

Atualmente, porém, sem instituições de apoio e com poucos recursos para investimentos individuais em pesquisa, o setor de transformação por rotomoldagem nacional encontra-se insuficientemente assistido em pesquisa e desenvolvimento, assim como em formação de recursos humanos especializados.

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