Materiais Parte 1:O que o recozimento pode fazer pelo seu processo

Muito antes de haver plásticos, havia o processo de recozimento. A indústria de metais, e mais especificamente a indústria de aço, sabe há muito tempo que conduzir um processo de acompanhamento que exponha os materiais a aquecimento e resfriamento controlados reduzirá a dureza do material, aumentará a ductilidade e reduzirá as tensões internas. A microestrutura do material também é alterada. Outros materiais metálicos, como cobre e latão, também podem se beneficiar.

O recozimento pode aliviar tensões em materiais amorfos e aumentar a cristalinidade em resinas semicristalinas. (Foto:forno de recozimento da Grieve Corp.)

O recozimento de plásticos não é realizado como parte da maioria dos processos de fabricação. Existem exceções. Produtos de espessura significativa, como haste sólida, tubos e folhas de parede espessa, são freqüentemente recozidos como uma etapa preparatória para a usinagem. Isso é feito para estabilizar a estrutura do material e reduzir as tensões internas, pelos mesmos motivos pelos quais o processo é realizado em materiais metálicos. Em todos os produtos fabricados por processamento de fusão, as taxas de resfriamento relativamente rápidas que estão associadas a esses processos introduzem algum nível de tensão interna e uma saída de um estado de equilíbrio. Nos casos em que isso produz um nível de tensão interna que cria problemas funcionais em uso, o recozimento pode ser realizado para reduzir a tensão a níveis que podem não ser alcançáveis ​​durante o processamento.

A justificativa para o recozimento e o efeito que tem no material dependerão muito do polímero que está sendo recozido. Em polímeros amorfos, o objetivo é reduzir o estresse interno. As peças produzidas em um processo bem controlado que dá a devida atenção à importância da taxa de resfriamento podem conter tensões internas abaixo de 1000 psi. Mas as peças que são resfriadas rapidamente podem apresentar tensões internas duas a três vezes maiores. Quanto maior for o estresse interno, menos capaz o produto será de gerenciar o estresse externo sem falhar. Além disso, as falhas em peças que contêm um alto nível de tensão interna têm maior probabilidade de serem quebradiças.

Mesmo que não se espere que a aplicação envolva um nível elevado de tensão externa, altas tensões internas podem aumentar a suscetibilidade a rachaduras por tensão ambiental (ESC). Os polímeros amorfos são particularmente propensos a exibir ESC se forem expostos a certos agentes químicos. Esses agentes químicos podem estar presentes como solventes, plastificantes, agentes de limpeza, anti-ferrugem e adesivos, e o contato prolongado de um polímero amorfo com esses fluidos pode resultar em falhas ESC. Nesses tipos de ambientes, o recozimento pode ser a diferença entre o sucesso e o fracasso.

Em polímeros semicristalinos, a finalidade do recozimento é fundamentalmente diferente. Os polímeros semicristalinos são usados ​​devido aos atributos mecânicos e térmicos que surgem de sua cristalinidade. O grau de cristalinidade governa propriedades como resistência, módulo, retenção de propriedades mecânicas acima da temperatura de transição vítrea, resistência química, resistência à fadiga e à fluência e propriedades tribológicas. Assim como as tensões internas em polímeros amorfos são minimizadas por taxas de resfriamento mais lentas, a cristalinidade em um polímero semicristalino é maximizada diminuindo a taxa na qual o material é resfriado.

Mas mesmo nas melhores circunstâncias, as taxas de resfriamento associadas ao processamento de fusão resultam em uma peça que possui aproximadamente 90% da cristalinidade alcançável. Na maioria dos casos, isso é suficiente. Mas nos casos em que não é, o recozimento é executado para fornecer esses 10% adicionais.

A oportunidade para a formação de cristais ocorre em uma janela de temperatura abaixo do ponto de fusão do polímero e acima de sua temperatura de transição vítrea (T _g ) Consequentemente, a temperatura de recozimento deve estar acima de T _g a fim de alcançar o resultado desejado. As taxas de cristalização ideais são geralmente obtidas perto do ponto médio entre o ponto de fusão e o T _g . Por exemplo, náilon 66, com um T _g de 60 C (140 F) e um ponto de fusão de 260 C (500 F), recoze-se mais eficientemente a cerca de 160 C (320 F).

Em materiais reticulados, o processo de recozimento é realizado por razões semelhantes às que regem os termoplásticos semicristalinos. Assim como os processos de moldagem lutam para atingir o nível mais alto de cristalização possível, eles também não atingem normalmente o nível ideal de reticulação. Embora isso possa ser conseguido estendendo o tempo de ciclo, a economia muitas vezes não favorece essa abordagem e é mais eficiente reaquecer um grande número de peças após a moldagem. Na indústria de termofixos, isso é normalmente referido como pós-cozimento e é mais frequentemente realizado em polímeros como compostos fenólicos e poliimidas.

No entanto, muitos profissionais da indústria também encontraram benefícios em realizar esta operação em poliésteres insaturados, epóxis e silicones. Para que o processo de pós-cozimento avance efetivamente a densidade de reticulação do material, a temperatura do processo de cozimento deve exceder a T _g do polímero na peça moldada. Como veremos em um artigo posterior, existem alguns termoplásticos que também requerem pós-cozimento para obter propriedades ideais.

Alguns elastômeros também se beneficiam de um processo de pós-cozimento ou recozimento. Assim como acontece com termoplásticos semicristalinos e polímeros reticulados rígidos, o objetivo não é a redução da tensão interna, mas sim um rearranjo estrutural que melhora o desempenho mecânico e térmico. Este processo pode ser útil em elastômeros termoplásticos, como poliuretanos, e também mostrou melhorar o desempenho em sistemas reticulados, como borracha de silicone. O processo é particularmente útil para fornecer desempenho ideal em aplicações onde a exposição prolongada a temperaturas elevadas está envolvida.

Para que esses processos alcancem o resultado desejado, as condições específicas de recozimento ou temperatura e tempo de pós-cozimento são críticas. De igual importância em alguns desses casos é a taxa de resfriamento após a conclusão do processo de aquecimento. A falha no gerenciamento desse processo de resfriamento é freqüentemente a razão pela qual o recozimento não atinge o resultado desejado. Este é um parâmetro que muitas vezes é esquecido.

Em artigos subsequentes desta série, discutiremos os diferentes requisitos relativos a termoplásticos amorfos, termoplásticos semicristalinos, materiais reticulados e elastômeros. Também discutiremos os limites desse processo para alcançar resultados positivos sem introduzir consequências negativas não intencionais.

SOBRE O AUTOR: Mike Sepe é um consultor independente e global de materiais e processamento cuja empresa, Michael P. Sepe, LLC, está sediada em Sedona, Arizona. Ele tem mais de 40 anos de experiência na indústria de plásticos e auxilia clientes na seleção de materiais, projetos para capacidade de fabricação, processo otimização, solução de problemas e análise de falhas. Contato:(928) 203-0408 • [email protected].