Desenvolvimento de novo ligante para o processo de moldagem de pós por injeção

Abstract

O processo de moldagem por injeção (MPI) de pós é uma técnica de fabricação de peças metálicas, cerâmicas, compostos intermetálicos e compósitos a partir de um processo inicialmente e amplamente utilizado na manufatura de componentes plásticos. A adaptação do processo de moldagem por injeção para a obtenção de componentes e peças de outros materiais iniciou na década de 1970 e desde então muitos avanços formam obtidos. Entretanto devido à complexidade do processo MPI ainda há muitos pontos a serem explorados, como a escolha do ligante e sua influencia nas etapas do processo. Este trabalho efetuou o desenvolvimento de um novo ligante para o processo MPI baseada em poli (isopreno) (látex natural) como polímero primário, que é oriundo de fontes naturais renováveis. Os ligantes estudados são formados pela borracha natural e parafina, que são os polímeros que promoverão as propriedades mecânicas da peça injetada e fluidez necessária para a moldagem por injeção das peças, respectivamente. Estudou-se a proporção entre os componentes poliméricos do ligante e o método de mistura entre os componentes da mistura injetável nas propriedades de processamento, remoção do ligante e propriedades finais das peças sinterizadas, como densidade, retração e resistência mecânica. Quatro extrações térmicas com diferentes ciclos de aquecimento foram avaliadas com base nas propriedades térmicas dos componentes do ligante. Analisou-se misturas com 60 e 70% em volume de alumina (Almatis, A16-SG) e a influencia do aumento da concentração de pó em todas as etapas do processo MPI. Os ligantes em mistura de 70% em vol. de alumina e contendo maior proporção de parafina apresentaram melhores propriedades de processamento, bom acabamento superficial, menos defeitos internos e, por consequência, melhor resistência mecânica. Defeitos oriundos da etapa de moldagem por injeção foram registrados em todas as amostras, e estes defeitos determinaram a resistência mecânica destas. Mesmo com a presença de defeitos a amostra A70 (L2:P3) M1 obteve resistência à flexão de 268 MPa, valor condizente com a literatura. O sistema ligante desenvolvido apresentou características adequadas para uso no processo MPI, sendo necessários estudos posteriores para diminuição de defeitos internos, oriundos do processo de injeção, para aumento das propriedades mecânicas dos materiais injetados.

The powder injection molding process (PIM) is a technique of manufacturing ceramic, metal, intermetallic compounds, and composites parts. Initially it was used for manufacture of plastic parts. Adjust of injection molding process for manufacture of others materials starts in 1970s, and several advances were obtained ever since. Due to high complexity of PIM process, there are still many process points to be explored, as the choice of binder and it influences in the PIM steps. This dissertation proposes the development of a new binder for the powder injection molding (PIM) process based on poly (isoprene) (natural latex) as the primary polymer that is derived from renewable natural sources. The binders investigated are formed by natural rubber (NR) and paraffin wax, which are the polymers that promote the mechanical properties of the molded part and fluidity necessary for injection molding parts, respectively. We studied the ratio between the polymeric components of the binder and the method of feedstock mixing in the processing properties, the binder removal and properties of sintered parts, such as density, shrinkage and mechanical strength. Four thermal extractions with different thermal heating cycles were tested based on the thermal properties of the components of the binder. Were examined feedstock with 60 and 70% by volume of alumina (Almatis A16-SG) and the influence of increased powder concentration in all process PIM steps. The feedstock with 70% by vol. alumina and containing a high ratio of paraffin had excellent processing properties, good surface finish, less internal defects and hence better mechanical strength. Defects from the injection molding step were recorded for all samples, and these defects have determined the mechanical strength. Even with the presence of defects, the sample A70 (L2:P3) M1 obtained flexural strength of 268 MPa, value consistent with the literature. So the binder system showed suitable characteristics for PIM process, further studies are needed to decrease internal defects arising from the injection process to increase the mechanical properties of parts.