Nos sistemas de espumas rígidas integrais, também chamadas espumas estruturais o componente isocianato normalmente são derivados do MDI, líquidos à temperatura ambiente. O componente poliol, com viscosidade entre 100 e 8000 cPs, dependendo do tipo e quantidade do poliol, normalmente, contém aditivos como catalisadores, formadores de ligações cruzadas e surfactantes a base de silicone. Estas formulações dão estruturas reticuladas com grande teor de ligações cruzadas. O usuário adiciona somente o agente de expansão. Agitação lenta no tanque de uso diário do poliol é importante para manter a homogeneidade, principalmente se são usadas cargas sólidas, para otimizar propriedades ou reduzir custos. O tanque diário deve ser mantido sempre o mais cheio possível para evitar a evaporação do agente de expansão.
As misturas são expandidas com produtos como CFC’s, HCFC’s, HFC’s, alcanos clorados, pentanos, etc. O uso de cloreto de metileno, devido à sua solubilidade no polímero, causa altas taxas de encolhimento e atua como plastificante diminuindo a dureza da espuma. Em algumas espumas estruturais, a nucleação, pela adição de gás, é requerimento básico para a formação de espuma com coração, constituído de uma estrutura celular estreita e regular.
As espumas rígidas integrais têm uso como material isolante na construção de portas e janelas. Também podem ser usadas em peças moldadas para aplicações estruturais como: gabinetes para aquecedores e condicionadores de ar, molduras e carcaças para computadores, grades, spoilers, partes internas de automóveis, etc.
Apesar do baixo peso específico das peças moldadas com espumas rígidas estruturais, suas propriedades, referentes à dureza e resistência à abrasão, são comparáveis as dos materiais não celulares. A excelente fluidez permite a produção de peças de grande tamanho, e perfis complicados. A espessura da parede das peças moldadas, pode variar de uns poucos milímetros a vários centímetros. As espumas estruturais permitem ao projetista grande liberdade, e dimensionar peças de poucas gramas até superiores a 100 kg.
As espumas estruturais de PU utilizam a pele dura e lisa como fonte de resistência ao impacto, à combustão e à distorção pelo calor. A resistência ao impacto das espumas estruturais de PU é superior à dos demais termoplásticos espumados como poliestireno (PS), resina ABS e poli(óxido de fenileno) modificado (PPO) (Tabela 4.20). Além disso, elas apresentam menor ciclo de moldagem devido à redução dos tempos de limpeza e desmoldagem. Sistemas com desmoldagem interna reduzem a necessidade de aplicação de desmoldante externo e aumentam a produtividade dos processos de fabricação de espumas estruturais (SRIM).
Tabela 4.20 - Propriedades de materiais espumados estruturais|
PU |
PS |
ABS |
PPO |
|
|
0,85 |
0,85 |
0,98 |
0,85 |
|
|
Espessura (mm) |
63 |
63 |
63 |
63 |
|
1,65 |
1,89 |
1,65 |
1,79 |
|
|
65,5 |
39,3 |
41,3 |
46,8 |
|
|
39,9 |
15,8 |
20,6 |
23,4 |
|
|
10 |
20 |
16 |
||
|
8,3 |
3,2 |
5,8 |
6,2 |
|
|
a 4,55 (kPa) |
100 |
83 |
80 |
96 |
|
a 18,2 (kPa) |
82 |
75 |
72 |
82 |
Espumas estruturais reforçadas são usadas em aplicações onde alta rigidez, baixa distorção ao calor e pequeno coeficiente de expansão térmica são necessários. A rigidez necessária aos painéis e laterais automotivas pode ser obtida pelo reforço com cargas como: manta, fibra ou flocos de vidro; fibras naturais; volastonita (silicato de cálcio); carbonato de cálcio; mica; etc.
O processo pode ser conduzido em moldes abertos (RIM de baixa pressão), ou como no processo RIM reforçado (RRIM) a mistura reagente é injetada com as cargas em moldes fechados. Os moldes abertos podem ser previamente revestidos com folhas de PVC, ou PVC/ABS como descrito nos itens 5.3 e 5.4, ou podem ser utilizados sistemas de espumas com pele integral. As cargas são colocadas nos moldes abertos, antes da dispersão da mistura reagente. Esta etapa pode ser feita manualmente ou através de sistemas automáticos de corte e distribuição das fibras no molde (LFI-PUR).
No processo RRIM o uso de fibra de vidro moída (1,5mm) resulta em melhores, propriedades dos materiais e características de processamento. A temperatura do molde é normalmente mantida entre 48 e 60ºC. A temperatura do poliol varia entre 32 a 48oC, dependendo do teor de vidro utilizado, enquanto a temperatura do isocianato é de 32 a 35ºC. Acima de 15% de carga, a mistura é aquecida a 43-48ºC para reduzir a viscosidade.
Tabela 4.21 - Propriedades de Elastômeros de RRIM|
% de fibra de vidro moída (1,5 mm) |
||||||
|
0 |
10 |
20 |
||||
|
// |
^(a) |
// |
^(a) |
// |
^(a) |
|
|
Espessura (mm) |
3,0 |
3,1 |
3,1 |
|||
|
1,0 |
1,1 |
1,1 |
||||
|
248,2 |
248,2 |
537,9 |
379,3 |
806,8 |
475,8 |
|
|
250 |
255 |
75 |
120 |
|||
|
Balanço de 10 cm (overhang) |
0,18 |
0,19 |
0,06 |
0,10 |
0,03 |
0,06 |
|
Balanço de 15 cm (overhang) |
0,68 |
0,68 |
0,35 |
0,64 |
0,08 |
0,35 |
|
16,4 |
17,3 |
76 |
167 |
59 |
151 |
|
|
438 |
475 |
406 |
427 |
374 |
331 |
|
A fibra de vidro dispersa, toma a orientação da direção do fluxo do líquido durante o enchimento do molde. O grau de orientação aumenta com o comprimento das fibras, e com a diminuição da espessura da peça. Como conseqüência, os produtos são anisotrópicos, e as propriedades como: aumento da rigidez; redução da distorção ao calor; redução do coeficiente de expansão térmica; redução do encolhimento; e a redução do alongamento na ruptura; são todas maiores na direção do fluxo durante o enchimento do molde (Tabela 4.21). O uso de flocos de vidro no lugar das fibras, resulta em diminuição da anisotropia. Processos conduzidos em baixa pressão, em moldes abertos, obviamente, não apresentam os problemas de anisotropia do material.
4.11 Moldagem por injeção e reação