Cerca de 20% das espumas flexíveis (Capítulo 3) são fabricadas, em moldes fechados. As espumas moldadas são usadas principalmente em: assentos e encostos de veículos; absorção de som e vibrações; acolchoamento de móveis; embalagens; etc. Nos automotivos, as espumas flexíveis são utilizadas devido às vantagens econômicas dos processos automatizados em grande escala e também, pelas características de amortecimento da espuma que podem ser ajustadas a diferentes necessidades de transporte (Figura 4.3).

Espumas de duas ou múltiplas durezas são uma classe especial de espumas HR usadas quase exclusivamente na industria automotiva. O suporte de carga e um conforto duradouro podem ser obtidos com assentos possuindo zonas de espumas com durezas diferentes. Tradicionalmente, o suporte localizado era conseguido pela incrustação de uma estrutura metálica no assento. Esta técnica envolve a colocação manual da armação de arame duro. O conceito de espuma de durezas múltiplas destina-se a substituir o arame, por espuma de maior dureza (Figura 4.4).

Figura 4.4 – Assentos com espumas de duas durezas

4.2.1 Linhas de moldagem de espumas

Em contraste com a produção de grandes blocos, a fabricação das espumas flexíveis moldadas é conduzida em plantas projetadas para a produção repetitiva de espumas com perfis determinados. Numa operação típica (Figura 4.2), um molde é condicionado termicamente e aplicado desmoldante. A quantidade pré-determinada de mistura reagente é vertida no molde que é fechado. Decorridos alguns minutos, a peça curada é desmoldada e o processo repetido.

Como a moldagem é uma operação em batelada, os equipamentos comerciais operam intermitentemente. Válvulas são projetadas para que as matérias-primas recirculem entre as injeções, de forma que a mistura esteja homogênea quando vertida no molde. A quantidade de reagentes deve ser cuidadosamente dosada, para prover a massa necessária antes da espumação, no molde.

Numa linha de moldagem de espumas, a maior parte da área é ocupada pelos: porta-moldes, forno e sistemas de acabamento manual. Os sistemas de transporte dos moldes podem ser retos (Figura 4.2) ou do tipo carrossel (Figura 4.5). Em muitos casos os moldes movem-se sob a cabeça misturadora. Em outros, o porta-moldes fica estacionário e a cabeça misturadora móvel. É comum encontrar a cabeça misturadora montada em um robô ou outro sistema computadorizado, para otimizar o preenchimento dos moldes.

Os moldes são normalmente feitos de alumínio fundido, em duas partes, com sistema para abertura e fechamento mecânico da tampa. Para produções menores, ferramentas banhadas ou revestidas com folhas de metal são alternativas viáveis. Moldes não metálicos, também são úteis em produções em menor escala.

Os dois processos de moldagem de espumas flexíveis são a moldagem a quente, usada a mais de 30 anos, e o mais recente de moldagem a frio. No processo a quente, as formulações são semelhantes às das espumas flexíveis em bloco (Capítulo 3), exceto pelo uso polióis mais reativos, com hidroxilas primárias e sistemas catalíticos ligeiramente diferentes. Calor é aplicado, após o preenchimento do molde, de forma a se obter cura suficiente da pele, para permitir desmoldagem mais rápida. Nos processos de cura a frio ou de espumas de alta resiliência (HR) são utilizados reagentes mais reativos, que necessitam de menos energia. As diferenças básicas entre os dois processos são mostradas na Tabela 4.1.

4.2.2 Espumas flexíveis moldadas a quente

Nos processos de fabricação de espumas flexíveis de PU moldadas a quente, as matérias-primas, utilizadas nos sistemas, são similares às usadas no processo de espumas flexíveis convencionais em bloco (Capítulo 3). Os polióis são de menor reatividade, os catalisadores são basicamente os mesmos e os surfactantes de silicone têm a mesma natureza química. Neste processo as espumas são curadas em fornos a temperaturas elevadas (120 a 140^oC) para que se completem as reações.

Matérias-primas

O principal uso, das espumas flexíveis moldadas a quente, é como enchimento de contorno, das molas dos acentos automotivos. Os sistemas desenvolvidos para moldagem a quente normalmente utilizam polióis poliéteres (Capítulo 1) de peso molecular de 3000 a 5000, trifuncionais, que reagem com TDI-80 ou TDI-65 (Capítulo 1). Espumas de maior rigidez usam polióis de funcionalidade mais alta e as espumas muito flexíveis empregam polióis difuncionais. Para aumentar as propriedades de suporte de carga das espumas, são usados polióis poliéteres modificados, (Capítulo 1) com poliuréia (poliol PHD) ou com copolímero estireno/acrilonitrila (poliol polimérico). Uma variada gama de espumas (Tabela 4.2), com uma ou duas densidades, pode ser preparada com o uso do poliol polimérico e do poliéter diol (como aditivo para amaciamento).

Na fabricação das espumas moldadas a quente, a velocidade da reação de formação do poliuretano é da mesma ordem da velocidade de reação da água com o isocianato (Capítulo 1). Todavia a formação do retículo polimérico é mais lenta em comparação com a reação de formação do gás carbônico expansor. Este fato é contornado pela catálise da reação de polimerização e estabilização do crescimento da espuma.

Catalisadores organo metálicos como o octoato estanoso (Capítulo 2) e amínicos (Capítulo2) como a trietileno diamina (TEDA) são usados para catalisar as reações isocianato/poliol (gelificação). Dependendo do tipo e da estrutura, as aminas terciárias são mais efetivas na catálise das reações de gelificação, expansão e cura da pele. Diferentes tipos de aminas terciárias são utilizados na catálise da reação de isocianato/água (expansão), como a bis(2-dimetil amino etil) éter (BDMAEE). Sais de ácidos orgânicos (como o ácido fórmico ou o 2-etil hexanóico) de aminas terciárias são usados como catalisadores de ação retardada. A BDMAEE, bloqueada com ácido fórmico, pode ser usada como catalisador de expansão retardada. O uso do ácido fórmico como bloqueador pode resultar em problemas de corrosão e de abertura das células da espumas. Aminas terciárias de baixa tensão de vapor, como a trietil amina, são usadas como catalisadores de cura da pele. Outros tipos são as morfolinas modificadas, que são insolúveis no polímero formado e migram para a superfície catalisando a cura da pele.

Como no caso da obtenção das espumas em bloco é importante o uso de estabilizadores solúveis em água como os polieterpolisiloxanos. No caso de estabilização inadequada e/ou reticulação deficiente, a espuma colapsa. Rachaduras na espuma resultam de uma gelificação deficiente. Para a obtenção de células abertas o excesso de gás carbônico deve escapar das células no final do crescimento da espuma. No caso de excessiva, estabilização ou catálise da reticulação formam-se células fechadas indesejáveis. O mecanismo dos processos de nucleação, estabilização e abertura das células são assunto de diferentes interpretações na literatura e foram discutidos no Capítulo 3.

Uma forma de obtenção de espumas com baixa densidade, baixa rigidez e grande elasticidade é o uso de agente de expansão auxiliar (Capítulo 2). Estes agentes de expansão auxiliares, usados no máximo em 20%, tem efeito positivo na fluidez da espuma, estabilidade e obtenção de células abertas. Todavia, o uso de agentes de expansão auxiliares, como CFC’s, cloreto de metileno e mesmo os HCFC’s, tem sido bastante restringido devido a questões ambientais.

Processo

Nas linhas de moldagem de espumas (Capítulo 4.2.1), pelo processo convencional de moldagem a quente (Figura 4.6), a mistura reagente é distribuída no molde previamente condicionado a uma temperatura de cerca de 40ºC. O molde é fechado e levado através de um forno mantido em temperatura entre 150ºC a 250ºC, para atingir uma temperatura na parede interna do molde de cerca de 120ºC, dependendo do desenho do molde e da velocidade de produção desejada. Isto permite um ciclo de moldagem de 6 a 12 minutos. No final da cura o molde é aberto e a espuma removida. O molde é limpo, aplica-se desmoldante e colocam-se os insertos necessários. O molde é então condicionado e o processo reiniciado. A máquina distribuidora pode ter uma ou duas cabeças misturadoras. Os moldes utilizados são fabricados de alumínio, com uma espessura de 6 a 10 mm, ou de aço carbono com 1 a 2 mm de espessura e são projetados levando em conta cerca de 1-2% de encolhimento da espuma moldada. A temperatura do molde é crítica e deve situar-se entre 35-46^oC. Temperaturas mais baixas resultam em um coração denso e macio e quando o molde está muito quente, a pele torna-se solta e escamosa.

a) Carga dos reagentes, b) Fechamento do molde, c) Forno de cura (150 a 250^oC), d) Abertura automática do molde, e) Desmoldagem, f) Limpeza e inspeção, g) Aplicação de desmoldante, h) Resfriamento do molde e condicionamento a 35º-40ºC.
Figura 4.6 - Processo de fabricação de espumas flexíveis moldadas a quente

4.2.3 Espumas flexíveis moldadas a frio