Causas, influências e soluções para as linhas de fluxo

Linhas de fluxo em peças termoformadas surgem a partir de “restrições” localizadas nos semiprodutos aquecidos antes de sua conformação. As causas desse problema são múltiplas. De forma geral, as linhas de fluxo influenciam negativamente as propriedades da peça termoformada – contudo, elas são úteis no caso específico dos fechos de pressão.

Peter Schwarzmann

Data: 21/05/2017

Edição: PI Abril 2017 - Ano - 19 N^o 224

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Linhas de fluxo numa peça termoformada de maneira positiva (à esquerda e no centro), causadas pelo pré-estiramento promovido por um segmento do molde, e numa peça moldada de forma negativa (à direita), causadas pelo pré-estiramento feito por um punção (fotos fornecidas pela Illig)

Linhas de fluxos são regiões com espessura maior do que o normal que se encontram presentes em peças termoformadas, e são parcialmente parecidas com frisos (ver figura no início do artigo). Geralmente elas são percebidas pela aparência opticamente “irregular” ou “discrepante”. As linhas de fluxo frequentemente surgem de forma indesejável nas peças termoformadas – sob o efeito de parâmetros desfavoráveis para a conformação, tanto positiva como negativa, durante a pré-conformação do semiproduto:

pelo contato inicial do semiproduto aquecido com o segmento do molde;
sob contato com o punção para pré-estiramento; e/ou
em determinados casos, seja por conta de um fluxo de ar excessivamente concentrado durante o pré-sopro, ou pela extração excessivamente intensa de ar durante a conformação de peças negativas, ou seja, pela aspiração de ar.

Linhas de fluxo em peças termoformadas de forma positiva e negativa

Fig. 1 – Esquema da posição típica de uma linha de fluxo durante o pré-estiramento com um segmento de molde positivo. De forma esquemática: segmento do molde (à esquerda), corte A-A na região do canto da peça termoformada (região central) com a linha de fluxo

As linhas de fluxo positivas em peças termoformadas encontram-se tipicamente posicionadas sobre superfícies relativamente planas nos cantos superiores do molde ou da peça conformada (figura 1 e 2). Nos casos onde ocorrem maiores graus de estiramento durante a pré-conformação, as linhas de fluxo se situam nas paredes laterais (figura 3). Esta figura mostra simultaneamente a geometria típica desta linha para um molde em forma de bloco.

Uma vez que as linhas de fluxo sempre implicam aumento da espessura da parede da peça termoformada, elas assumem a aparência de regiões mais escuras no caso de peças conformadas translúcidas observadas contra a luz (figura 4). Este “método de ensaio” é frequentemente usado sob condições de produção industrial, na forma de um rápido controle da qualidade da distribuição de espessuras de parede. Contudo, esse resultado nem sempre é significativo, visto que também as alterações da fração de corantes no masterbatch (por exemplo, durante a troca de lotes) podem fazer com que regiões mais claras sejam avaliadas como “finas demais”, muito embora a espessura de parede esteja dentro dos limites de tolerância.

Diferentemente das peças termoformadas positivamente, as linhas de fluxo “deslizantes” que se formam a partir do contato com segmentos negativos do molde (figura 5) nunca se encontram embaixo da parede lateral. As linhas de fluxo nas paredes laterais presentes em uma peça termoformada de maneira negativa (foto no início do artigo, à direita) surgem sempre em decorrência do contato com um punção de pré-estiramento.

Geralmente desvantajosas, mas úteis em casos específicos

Fig. 2 – Termoformação positiva: display feito de poliestireno (à esquerda) e tampa de proteção feita de ABS (à direita); os respectivos detalhes mostram a linha de fluxo na região periférica

As linhas de fluxo não apenas provocam desvantagens em termos da aparência estética das peças conformadas. Visto que são regiões mais espessas, elas permanecem mais aquecidas no momento da desmoldagem do que as paredes mais finas da peça conformada. Isso leva a tempos mais prolongados de resfriamento, alterações na contração decorrentes do processamento e, não menos importante, deformação da peça estirada pelo punção. O material acumulado na linha de fluxo faltará no resto das paredes da peça conformada. Dessa forma, em muitos casos as linhas de fluxo também afetam a resistência à compressão, o que só pode ser compensado pelo maior consumo global de material.

Contudo, em alguns casos específicos as linhas de fluxo podem ser úteis. Um exemplo disso são os fechos de tampas para embalagens (figura 6). Neste caso se aproveita o efeito de encaixe que se estabelece num fecho com botão de pressão e botão cilíndrico para fechamento, o qual ocorre exclusivamente devido à dissimilaridade entre o botão e a espessura de parede (figura 7). Neste caso, a distribuição de espessuras de material típica das linhas de fluxo não acarreta nenhuma desvantagem em termos estéticos, mas sim, ao contrário, se torna relevante do ponto de vista funcional. Dessa forma, no caso de botões de pressão termoformados, não se pode falar sobre formação de linhas de fluxo.

Maior perda de calor como causa

Fig. 3 – Linhas de fluxo num recipiente para lixo (à esquerda) e num recipiente interno de uma geladeira (à direita, vista lateral), ambos feitos com PS e termoformados de maneira positiva

Linhas de fluxo, como as mostradas nos exemplos deste trabalho, sempre surgem na pré-conformação em função de um resfriamento intenso, muito rápido e localizado no semiproduto. Elas ocorrem nos primeiros pontos de contato do semiproduto com o segmento do molde, com o punção de pré-estiramento ou, em casos isolados, também pela ação de um fluxo de ar concentrado.

O resfriamento do semiproduto quando em contato com o molde encontra-se sujeito às regras gerais da condução de calor. Os principais fatores de influência neste caso são:

a diferença de temperatura entre o segmento do molde ou o punção de pré-estiramento e a resina termoplástica aquecida no ponto de contato; e
o tempo de contato.

De forma análoga, os parâmetros importantes durante o resfriamento por meio de um jato de ar concentrado são:

temperatura do ar; e
a velocidade do ar.

Múltiplas possibilidades para reduzir sua ocorrência

Fig. 4 – Recipiente interno de uma geladeira feito de PS, termoformado de maneira positiva (à esquerda): linhas de fluxo vistas a partir da seção superior na região externa do recipiente (centro) e vistas internamente contra a luz proveniente do exterior (à direita)

Há múltiplas abordagens para minimizar ou mesmo suprimir a formação das linhas de fluxo. Uma possibilidade é a redução da diferença de temperatura entre o segmento do molde ou o punção de pré-estiramento e a resina termoplástica no ponto de contato. Neste caso se pode:

elevar a temperatura dos segmentos do molde de forma global, ou
elevar a temperatura do segmento do molde no ponto de contato com o semiproduto.

A redução do tempo de contato entre o semiproduto e o molde ou punção de pré-estiramento é igualmente possível. Isso pode ser feito por meio de:

deslocamento mais rápido da mesa;
atrasar o contato do semiproduto com o molde aplicando um colchão de ar entre ele e a superfície do ferramental (contudo, esta contramedida depende do processo e do equipamento); ou
ampliação da seção transversal da abertura para extração de ar no caso de conformação negativa com punção para pré-estiramento.

A superfície e a intensidade de contato podem ser igualmente reduzidas. Sempre que possível, deve-se reduzir a superfície proporcional de contato para um mesmo contorno externo do molde. Assim, por exemplo, um vértice chanfrado é sempre mais favorável do que a forma de uma esfera, a qual apresenta maior superfície.

Fig. 5 Peça moldada com 12 cavidades feita de poliestireno (à esquerda) e copo com vedação lateral feito de PP (à direita), ambos termoformados de maneira negativa; abaixo, vista com maiores detalhes mostrando as linhas de fluxo existentes na região periférica

Fig. 6 Tampa para embalagem com dois fechos incluindo botões de pressão (à esquerda). Detalhes mostrados à direita: botão de pressão, termoformado de maneira positiva (parte superior) e de maneira negativa (parte inferior)

Também é importante que o processo de estiramento seja o mais contínuo possível. Portanto, é sempre necessário evitar o efeito de colamento-deslizamento que ocorre durante o estiramento do semi-produto. As medidas necessárias para isso são:

redução do atrito estático (o qual é intensificado tanto por superfícies lisas, como também rugosas); bem como
evitar a presença de cantos agudos em moldes positivos (os cantos agudos restringem o escorregamento do semi-produto aquecido durante o estiramento).

Fig. 7 A formação de linhas de fluxo leva a distribuições irregulares de espessuras de parede no botão de pressão: a) aumento de espessura; b) redução de espessura devido ao estiramento do material; D) diâmetro do furo no botão de pressão conformado de maneira negativa; d) diâmetro do pino no botão de pressão conformado de maneira positiva, ambos cilíndricos

Fig. 8 Processo de termoformação para peças técnicas sem a formação de linhas de fluxo – conformação positiva com pré-aspiração e deposição do semiproduto sobre o molde, por meio da seguinte sequência: pré-aspiração pela máquina usando a caixa de sopro, retardando dessa forma o deslocamento da mesa, até que o semiproduto sob conformação assuma seu contorno (à esquerda) – a mesa se desloca para cima e o semiproduto é conformado sobre o molde positivo (parte central e à direita)

Deve-se considerar também se um outro processo de conformação não poderia dar origem a uma peça com melhor qualidade. Por exemplo, para que se possam fabricar peças técnicas sem a presença de linhas de fluxo usando termoformadoras com placas e moldes positivos, a melhor solução está na pré-aspiração e a aplicação do semiproduto sobre o molde (figura 8). Nunca se deve deixar de considerar a influência do semi produto que está sendo processado. Por exemplo, o ABS tende a formar linhas de fluxo mais rapidamente do que o poliestireno de alto impacto.